CN110107350B - 一种柱体式沿空留巷巷旁充填模板及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱体式沿空留巷巷旁充填模板及其使用方法，属于煤矿沿空留巷技术领域。所述充填模板包括金属支架、充填模袋及连接装置；金属支架由竖向钢管、底部横向钢板及顶部连接杆通过连接装置连接而成的柱体框架结构；充填模袋是采用防水纤维布制成柱体，充填模袋能够被金属支架完全支撑起来，并与其紧密贴合，充填模袋外部加有钢筋，称外部加筋，充填模袋内部布置有对拉钢筋，充填模袋顶部装备有挂钩，充填模袋靠近沿空巷道侧设置有充填口。本发明所提出的充填模板使用简单，在现场悬挂和布置好外部加筋后即可进行充填作业，使用此充填模板能够有效节约巷道支护及维护费用，提高矿井生产效益。

Description

一种柱体式沿空留巷巷旁充填模板及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种柱体式沿空留巷巷旁充填模板及其使用方法，属于煤矿沿空留巷技术领域。

背景技术

沿空留巷作为无煤柱开采的重要技术手段，即将上区段工作面回采巷道通过留设窄煤柱或构筑人工墙体，将其保留下来供下区段工作面回采使用，可以将巷道布置在工作面侧向固定支承压力的应力降低区内，有利于巷道维护，同时可以减少巷道掘进量、改善采掘接替紧张、减小煤柱留设宽度、减少煤炭资源的损失、延长矿井服务年限、提高矿井开采效益。

巷旁充填体作为沿空留巷的重要人工组成部分，其主要作用如下：（1）控制直接顶的离层和弯曲下沉，以减少巷内支护所受的载荷和巷道围岩的变形，保持巷道围岩的稳定性；（2）为了生产安全，及时封闭采空区，防止漏风和煤的自燃，以避免采空区中有害气体进入工作空间。由此可见巷旁充填体对沿空留巷的稳定性起着重要作用。传统的巷旁充填体模板均为六面体式，在生产的实际过程中会发生顶部的受力及下沉不均匀现象，因此急需一种新型的巷旁充填模板来解决上述现象。

发明内容

为了治理在矿井开采过程中，沿空巷道巷旁充填体顶部受力及下沉不均匀的特点，本发明旨在提供一种柱体式沿空留巷巷旁充填模板及其使用方法。

本发明提供了一种柱体式沿空留巷巷旁充填模板，包括金属支架、充填模袋及连接装置；金属支架由竖向钢管、底部钢板及顶部连接杆通过连接装置连接而成的柱体框架结构；充填模袋是采用防水纤维布制成柱体，充填模袋能够被金属支架完全支撑起来，并与其紧密贴合，充填模袋外部加有钢筋（简称外部加筋），充填模袋内部布置有对拉钢筋，充填模袋顶部装备有挂钩，充填模袋靠近沿空巷道侧设置有充填口。

所述金属支架包括四根竖向钢管、底部四根横向钢板和顶部四根连接杆；

四根竖向钢管分别为两根平行排列的第一竖向钢管和两根平行排列的第二竖向钢管；第一竖向钢管和第二竖向钢管的高度不相等；

底部四根横向钢板包括两块第一底部横向钢板和两块第二底部横向钢板；

顶部四根连接杆由以下两种形式中的任一种组成：①由四根顶部直连接杆组成，其中两根水平放置于等高的竖向钢管之间，两根倾斜放置于不等高的竖向钢管之间；②由两根顶部直连接杆和两根弧形连接杆组成，其中两根直连接杆水平放置于等高的竖向钢管之间，两根弧形连接杆放置于不等高的竖向钢管之间；顶部连接杆分别为两两平行设置；

所述底部横向钢板和顶部连接杆分别在第一竖向钢管和第二竖向钢管的底部和顶部连接，组成顶部为拱形或楔形的柱式框架结构。

金属支架由4根竖向钢（其中2根竖向钢等长，命为第一竖向钢管；另外2根竖向钢等长，命为第二竖向钢管，这两组竖向钢长度不相等）、4根底部钢板（其中2根底部钢板等长，命为第一底部横向钢板；另外2根底部钢板等长，命为第二底部横向钢板，且两组底部钢板长度不相等）和4根顶部连接杆构成，顶部连接杆的形式有以下两种，①两根第一连接杆（直杆）和两根第二连接杆（直杆）组成的顶部为楔形结构，②两根第一连接杆（直杆）和两根第二连接杆（弧形杆）组成的顶部为拱形结构。即：顶部连接杆的第一连接杆为直杆，第二连接杆为直杆或弧形杆。

竖向钢管的长度分别依据煤层厚度s及巷道高度h综合确定，若巷道高度h小于煤层厚度s，则第一竖向钢管高度h₁为h-50 mm，第二竖向钢管高度h₂为 h-200 mm；若巷道高度h大于等于煤层厚度s，则第一竖向钢管高度h₁为s-50 mm，第二竖向钢管高度h₂为s-200 mm。

第一底部横向钢板长度为a-50 mm，第二底部横向钢板长度为b-50 mm，两组底部钢板宽度x均为60 mm，厚度y均为5 mm。

当顶部连接杆采用第一种形式时，顶部第一连接杆长度为a-50 mm，顶部第二连接杆（直杆）的长度为

mm；当顶部连接杆采用第二种形式时，顶部第一连接杆长度为a-50 mm，顶部第二连接杆（弧形杆）的长度为

mm。顶部连接杆直径d₂均为50 mm。其中，a为巷旁充填模板长度，b为巷旁充填模板宽度。

所述竖向钢支架与底部钢板通过第一连接装置连接，第一连接装置由一个竖向圆柱形套筒、两个横向立方体套筒两两相互垂直焊接而成。圆柱形套筒内径d₁’为62 mm、高度Z₁为100 mm，立方体套筒内部长度X₁为62 mm、内部宽度Y₁为7 mm、高度Z₂为100 mm。

所述竖向钢支架与顶部连接杆之间通过连接装置连接；第一竖向钢管与顶部第一连接杆、顶部第二连接杆之间通过第二连接装置连接；第二连接装置由三个圆柱形套筒焊接而成，其中两个圆柱形套筒垂直焊接，另一个圆柱形套筒与其中一个呈的夹角为

。第二连接装置的套筒高度Z₃均为100 mm，一个套筒内径d₂’为62 mm，另两个套筒内径d₃’为52mm，焊接角度分别为90°、90°和

，其中

。

第二竖向钢管与顶部第一连接杆、顶部第二连接杆之间通过第三连接装置连接；第三连接装置由三个圆柱形套筒焊接而成，其中两个圆柱形套筒垂直焊接，另一个圆柱形套筒与其中一个套筒所呈夹角为

。第三连接装置的套筒高度Z₄均为100 mm，一个套筒内径d₄’为62 mm，另两个套筒内径d₅’为52mm，焊接角度分别为90°、90°和

，其中

。

充填模袋外部钢筋通过第四连接装置将相邻的外部钢筋连接起来，第四连接装置由两个相互垂直的圆柱形套筒焊接而成。各套筒高度Z₅均为100 mm，套筒内径d₆’均为27mm。巷旁充填模板外部加筋为φ 25 mm的500#高强螺纹钢，充填模板长度方向外部加筋长度L₁为a-50 mm，充填模板宽度方向外部加筋长度L₂为b-50 mm，其中a为充填模袋的长度，b为充填模袋的宽度。

充填模袋内部布置有内部对拉钢筋，内部对拉钢筋为φ 25 mm的500#高强螺纹钢，内部对拉钢筋为高强螺纹钢，内部对拉钢筋外端丝扣长度不小于100 mm，内部对拉钢筋外部两端各有一套由高强度托板、球形垫和尼龙垫圈构成的固定装置，将其间隔固定在充填模袋上。

当充填模袋长度a小于等于4000 mm，对拉钢筋间距m为700 mm；当充填模袋长度a大于4000 mm，对拉钢筋间距m为600 mm。当充填模袋金属支架的2#竖向钢组高度h₂小于等于2800 mm，对拉钢筋排距n为800 mm；当充填模袋金属支架的2#竖向钢组高度h₂大于2800mm，对拉钢筋排距n为700 mm。

充填模袋上部靠近沿空巷道侧设置有充填口。充填口直径D为100 mm，用于混凝土材料或（似）膏体材料的充入，充填口垂直位置为h₁-150 mm，水平位置为a/2 mm。

充填模袋直接套在金属支架上，充填模板外侧设有连接绳，将相邻两个充填模袋相互固定连接。因为沿空巷道很长，要用数个模袋才能完成该工程。

本发明提供了一种半拱形柱体式沿空留巷巷旁充填模板的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤一，确定巷旁充填模板尺寸。根据矿井生产的实际情况，结合FLAC^3D数值模拟确定出巷旁充填体长度a和宽度b，并以此来确定巷旁充填模板金属支架的尺寸（即巷旁充填模板金属钢管、钢板和连接杆的尺寸）；

步骤二，悬挂充填体模板。将充填模板悬挂在巷道顶部的金属网或锚杆端头或单体液压支柱上，使得充填模袋垂直下沉，且让其底部完全接触到巷道底板，并将对拉钢筋在充填模模板靠近采空区的一侧固定，调整模板使其充分展开。

步骤三，安装巷旁充填模板金属支架。将竖向钢管、底部横向钢板、顶部连接杆分别穿插在充填模袋指定位置上预先留设好的支架套筒内，并用各连接装置将其端部依次连接，并将相邻充填模板上的连接绳依次连接起来；

步骤四，安装外部加筋。在巷旁充填模袋预先留设好的套筒内安装外部加筋，并用第四连接装置将其端头进行两两连接。

步骤五，进行充填。从上部充填口将巷旁充填材料灌入，并将对拉钢筋进行初步预紧。

步骤六，拉紧内部对拉钢筋。待巷旁充填材料充分凝结接顶后，在将内部对拉钢筋进行充分拉紧并封闭充填口。

步骤七，重复步骤二～步骤六，直至工作面推进完毕。

本发明的有益效果：

（1）本发明所提出的半拱形柱体式沿空留巷巷旁充填模板能够在沿空留巷作业早期过程中，有效地使沿空留巷采空区侧向顶板发生断裂，阻断顶板侧向支承压力的传递，减少顶板侧向支承压力对沿空巷道受力和变形的影响。

（2）本发明所提出的半拱形柱体式沿空留巷巷旁充填模板能够在沿空留巷作业后期过程中，即在沿空留巷巷旁充填材料在模板中充分凝固后，有效地起到支撑巷道顶板的作用，同时能够有效地隔绝上区段采空区，防止上区段采空区的瓦斯、水等流入该工作面。

（3）本发明所提出的半拱形柱体式沿空留巷巷旁充填模板能够有效解决现有沿空留巷巷旁充填体顶部的受力及下沉不均匀的问题，使得巷旁充填体保持较高的完整性，提高沿空留巷工程的成功率。

（4）本发明所提出的充填模板使用简单，在现场悬挂和布置好外部加筋后即可进行充填作业，使用此充填模板能够有效节约巷道支护及维护费用，提高矿井生产效益。

附图说明

图1 为本发明楔形柱体充填模板结构示意图；

图2 为本发明拱形柱体充填模板结构示意图；

图3 为本发明柱体充填模板主视图；

图4 为本发明楔形柱体充填模板侧视图；

图5 为本发明拱形柱体充填模板侧视图；

图6 为本发明楔形柱体充填模板金属支架结构示意图；

图7 为本发明拱形柱体充填模板金属支架结构示意图；

图8 为本发明金属支架第一连接装置示意图；

图9 为本发明金属支架第二连接装置示意图；

图10 为本发明金属支架第三连接装置示意图；

图11 为本发明第四连接装置示意图；

图12 为本发明楔形柱体充填模板现场使用效果示意图（巷道高度h小于煤层厚度s）；

图13 为本发明楔形柱体充填模版现场使用效果示意图（巷道高度h大于等于煤层厚度s）；

图14 为本发明拱形柱体充填模板现场使用效果示意图（巷道高度h小于煤层厚度s）；

图15 为本发明拱形柱体充填模版现场使用效果示意图（巷道高度h大于等于煤层厚度s）；

图16 为图12中A局部放大图；

图17 为图14中B局部放大图。

图中：1-充填模袋，2-充填口，3-对拉钢筋，4-长度方向外部加筋套筒，5-宽度方向外部加筋套筒，6-连接绳，7-采空区侧挂钩，8-沿空巷道侧顶部挂钩，9-支架套筒，10-第一竖向钢管，11-第二竖向钢管，12-第一底部横向钢板，13-第二底部横向钢板，14-顶部第一连接杆，15-顶部第二直连接杆，16-第一连接装置，17-第二连接装置，18-第三连接装置，19-第四连接装置，20-沿空巷道，21-充填模板，22-下区段工作面煤壁，23-上区段工作面采空区，24-顶部第二弧形连接杆，25-楔形，26-拱形。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

如图1~15所示，一种柱体式沿空留巷巷旁充填模板，包括金属支架、充填模袋1及连接装置；金属支架由竖向钢管、底部钢板及顶部连接杆通过连接装置连接而成的柱体框架结构；充填模袋1是采用防水纤维布制成柱体，充填模袋能够被金属支架完全支撑起来，并与其紧密贴合，充填模袋外部加有钢筋（称外部加筋），充填模袋内部布置有对拉钢筋3，充填模袋顶部装备有挂钩采空区侧挂钩7和沿空巷道侧顶部挂钩8，充填模袋靠近沿空巷道侧设置有充填口2。

所述金属支架包括四根竖向钢管、底部四根横向钢板和顶部四根连接杆；

四根竖向钢管分别为两根平行排列的第一竖向钢管10和两根平行排列的第二竖向钢管11；第一竖向钢管10和第二竖向钢管11的高度不相等；

底部四根横向钢板包括两块第一底部横向钢板12和两块第二底部横向钢板13；

顶部四根连接杆由以下两种形式中的任一种组成：①由四根顶部直连接杆组成，其中两根水平放置于等高的竖向钢管之间，两根倾斜放置于不等高的竖向钢管之间；（如图6中的14-顶部第一连接杆，15-顶部第二直连接杆）②由两根顶部直连接杆和两根弧形连接杆组成，其中两根直连接杆水平放置于等高的竖向钢管之间，两根弧形连接杆放置于不等高的竖向钢管之间；顶部连接杆分别为两两平行设置（如图7中的14-顶部第一连接杆，24-顶部第二弧形连接杆）；

所述底部横向钢板和顶部连接杆分别在第一竖向钢管和第二竖向钢管的底部和顶部连接，组成顶部为楔形或拱形的柱式框架结构。

金属支架由4根竖向钢（其中2根竖向钢等长，命为第一竖向钢管；另外2根竖向钢等长，命为第二竖向钢管，这两组竖向钢长度不相等）、4根底部钢板（其中2根底部钢板等长，命为第一底部横向钢板；另外2根底部钢板等长，命为第二底部横向钢板，且两组底部钢板长度不相等）和4根顶部连接杆构成，顶部连接杆的形式有以下两种，①两根第一连接杆和两根第二连接杆（直杆）组成的顶部为楔形结构，②两根第一连接杆和两根第二连接杆（弧形杆）组成的顶部为拱形结构。

竖向钢管的长度分别依据煤层厚度s及巷道高度h综合确定，若巷道高度h小于煤层厚度s，则第一竖向钢管高度h₁为h-50 mm，第二竖向钢管高度h₂为h-200 mm；若巷道高度h大于等于煤层厚度s，则第一竖向钢管高度h₁为s-50 mm，第二竖向钢管高度h₂为s-200 mm；两组竖向钢直径d₁均为60 mm。

第一底部横向钢板长度为a-50 mm，第二底部横向钢板长度为b-50 mm，两组底部钢板宽度x均为60 mm，厚度y均为5 mm。

当顶部连接杆采用第一种形式时，顶部第一直连接杆长度为a-50 mm，顶部第二连接杆（直杆）的长度为

mm；当顶部连接杆采用第二种形式时，顶部第一连接杆长度为a-50 mm，顶部第二连接杆（弧形杆）的长度为

mm。顶部连接杆直径d₂均为50 mm。其中，a为巷旁充填模板长度，b为巷旁充填模板宽度。

所述竖向钢支架与底部钢板通过第一连接装置16连接，第一连接装置16由一个竖向圆柱形套筒、两个横向立方体套筒两两相互垂直焊接而成。圆柱形套筒内径d₁’为62 mm、高度Z₁为100 mm，立方体套筒内部长度X₁为62 mm、内部宽度Y₁为7 mm、高度Z₂为100 mm。

所述竖向钢支架与顶部连接杆之间通过连接装置连接；第一竖向钢管与顶部第一连接杆、顶部第二连接杆之间通过第二连接装置17连接；第二连接装置17由三个圆柱形套筒焊接而成，其中两个圆柱形套筒垂直焊接，另一个圆柱形套筒与其中一个呈的夹角为

。第二连接装置的套筒高度Z₃均为100 mm，一个套筒内径d₂’为62mm，另两个套筒内径d₃’为52mm，焊接角度分别为90°、90°和

，其中

。

第二竖向钢管与顶部第一连接杆、顶部第二连接杆之间通过第三连接装置18连接；第三连接装置18由三个圆柱形套筒焊接而成，其中两个圆柱形套筒垂直焊接，另一个圆柱形套筒与其中一个套筒所呈夹角为

。第三连接装置的套筒高度Z₄均为100 mm，一个套筒内径d₄’为62 mm，另两个套筒内径d₅’为52mm，焊接角度分别为90°、90°和

，其中

。

充填模袋外部钢筋通过第四连接装置19将相邻的外部钢筋连接起来，第四连接装置由两个相互垂直的圆柱形套筒焊接而成。各套筒高度Z₅均为100 mm，套筒内径d₆’均为27mm。巷旁充填模板外部加筋为φ 25 mm的500#高强螺纹钢，充填模板长度方向外部加筋长度L₁为a-50 mm，充填模板宽度方向外部加筋长度L₂为b-50 mm，其中a为充填模袋的长度，b为充填模袋的宽度。

充填模袋2内部布置有内部对拉钢筋3，内部对拉钢筋为φ 25 mm的500#高强螺纹钢，内部对拉钢筋为高强螺纹钢，内部对拉钢筋外端丝扣长度不小于100 mm，内部对拉钢筋外部两端各有一套由高强度托板、球形垫和尼龙垫圈构成的固定装置，将其间隔固定在充填模袋上。

当充填模袋长度a小于等于4000 mm，对拉钢筋间距m为700 mm；当充填模袋长度a大于4000 mm，对拉钢筋间距m为600 mm。当充填模袋金属支架的2#竖向钢组高度h₂小于等于2800 mm，对拉钢筋排距n为800 mm；当充填模袋金属支架的2#竖向钢组高度h₂大于2800mm，对拉钢筋排距n为700 mm。

充填模袋上部靠近沿空巷道侧设置有充填口2。充填口直径D为100 mm，用于混凝土材料或（似）膏体材料的充入，充填口垂直位置为h₁-150 mm，水平位置为a/2 mm。

充填模袋1直接套在金属支架上，充填模板1外侧设有连接绳6，将相邻两个充填模袋相互固定连接。因为沿空巷道很长，要用数个模袋才能完成该工程。

实施例1：楔形柱体式沿空留巷巷旁充填模板的使用

某沿空留巷工作面，煤层平均厚度6.25 m，沿空巷道高度3200 mm，使用上述楔形柱体式沿空留巷巷旁充填模板进行沿空留巷的步骤为：

（1）计算沿空巷道巷旁充填体的长度和宽度。

该工作面采煤机每班割煤3刀，采煤机截割步距为800 mm，故巷旁充填体长度a为2400 mm，然后运用FLAD^3D数值计算软件巷旁充填的合理宽度b为1400 mm。

（2）选择巷旁充填模板，确定合理的金属支架尺寸。

根据上述方法确定巷旁充填模板金属支架的尺寸，包括第一竖向钢管10高度h₁为3150 mm，第二竖向钢管11高度h₂为3000 mm，两组竖向刚的直径d₁均为60 mm；第一底部横向钢板12长度为2350 mm，第二底部横向钢板13长度为1350 mm，两组底部钢板的宽度x均为60mm，厚度y均为5 mm；顶部第一连接杆14长度为2350 mm，顶部第二直连接杆15长度为1358mm，两组连接杆的直径d₂均为50 mm。

（3）悬挂充填模板。

先将沿空巷道侧顶部挂钩8悬挂到沿空巷道侧单体液压支柱上，采空区侧顶部挂钩悬7挂到沿空巷道顶部的金属网或锚杆端头上，使得充填模袋1垂直下沉，使充填模袋底部完全接触到巷道底板，并在靠近采空区一侧将对拉钢筋3的一端固定，对拉钢筋的间距m为700 mm、排距n为700 m，然后调整模板高度使其充分展开。

（4）安装巷旁充填模板金属支架。

将（2）中所得规格的竖向钢组、底部钢板组、顶部连接杆组分别穿插在充填模袋上预先留设好的支架套筒9内，并用底部第一连接装置16、顶部第二连接装置17和顶部第三连接装置18将其端部依次连接，并将相邻充填模板上的连接绳6依次连接起来。

（5）安装外部加筋。

在巷旁充填模袋四周安装安装外部加筋（首先安装长度方向外部加筋套筒4和宽度方向外部加筋套筒5），并用第四连接装置19将其端头进行两两连接；

（6）进行巷旁充填，并预计对拉钢筋。

从上部灌注口2将巷旁充填材料灌入，并将对拉钢筋3进行初步预紧。

（7）拉紧对拉钢筋。

待巷旁充填材料充分凝结接顶后，在将对拉钢筋3在此进行充分拉紧；

（8）重复（3）～（7），直至工作面推进完毕，现场使用效果示意图如图12所示。

实施例2：楔形柱体式沿空留巷巷旁充填模板的使用

某沿空留巷工作面，煤层厚度2.5 m，巷道高度为3000 m，根据矿井生产情况，即该工作面采煤机每班割煤4刀，采煤机截割步距为800 mm，故巷旁充填体长度a为3200 mm，然后运用FLAD^3D数值计算软件巷旁充填的合理宽度b为1200 mm。根据上述方法确定巷旁充填模板金属支架的尺寸，包括第一竖向钢管10高度h₁为2450 mm，第二竖向钢管11高度h₂为2300 mm，两组竖向刚的直径d₁均为60 mm；第一底部横向钢板12长度为3150 mm，第二底部横向钢板13长度为1150 mm，两组底部钢板组的宽度X₁均为60 mm，厚度Y₁均为5 mm，顶部第一连接杆14长度为3150 mm，顶部第二直连接杆15长度为1159 mm，两组连接杆直径d₂均为50 mm。

对拉钢筋的间距m为700 mm、排距n为800 m。

其余步骤同实施例1，现场使用效果示意图如图13所示。

实施例3：拱形柱体式沿空留巷巷旁充填模板的使用

某沿空留巷工作面，煤层平均厚度6.25 m，沿空巷道高度3200 mm，使用上述拱形柱体式沿空留巷巷旁充填模板进行沿空留巷的步骤为：

步骤一：确定巷旁充填模板尺寸。

根据矿井生产条件，该工作面采煤机每班割煤3刀，采煤机截割步距为800 mm，故巷旁充填体长度a为2400 mm，然后运用FLAD^3D数值计算软件巷旁充填的合理宽度b为1400mm；由此确定巷旁充填模板金属支架的尺寸依次为，第一竖向钢管10高度h₁为3150 mm，第二竖向钢管11高度h₂为3000 mm，两组竖向钢管的直径d₁均为60 mm；第一底部横向钢板12长度为2350 mm，第二底部横向钢板13长度为650 mm，两组底部横向钢板的宽度x均为60mm，厚度y均为5mm；顶部第一连接杆14长度为2350 mm，顶部第二弧形连接杆24长度为1361 mm，两组顶部连接杆的直径d₂均为50mm。

步骤二：悬挂充填模板。

先将沿空巷道侧顶部挂钩8悬挂到沿空巷道侧单体液压支柱上，采空区侧顶部挂钩7和顶部中央挂钩9挂到沿空巷道顶部的金属网上，使得充填模袋1垂直下沉，且让其底部完全接触到巷道底板，并在靠近采空区一侧将对拉钢筋3的一端固定，对拉钢筋的间距m为700 mm、排距n为700 m，然后调整模板高度使其充分展开。

步骤三：安装巷旁充填模板金属支架。

将步骤一中所得规格的竖向钢管、底部横向钢板、顶部连接杆分别穿插在充填模袋上预先留设好的支架套筒9内，并用第一连接装置16、第二连接装置17和第三连接装置18将其端部依次连接，并将相邻充填模板上的连接绳6依次连接起来。

步骤四：安装外部加筋。

在巷旁充填模袋四周外部加筋套筒4、5内安装安装外部加筋，并用第四连接装置19将其端头进行两两连接；

步骤五：进行巷旁充填，并预紧对拉钢筋。

从上部充填口2将巷旁充填材料灌入，并将对拉钢筋3进行初步预紧。

步骤六：拉紧对拉钢筋。

待巷旁充填材料充分凝结接顶后，在将对拉钢筋3在此进行充分拉紧；

步骤七：重复步骤二～步骤六，直至工作面推进完毕，现场使用效果示意图如图14所示。

实施例4：拱形柱体式沿空留巷巷旁充填模板的使用

某沿空留巷工作面，煤层厚度2.5 m，巷道高度为3000 m，根据矿井生产情况，即该工作面采煤机每班割煤4刀，采煤机截割步距为800 mm，故巷旁充填体长度a为3200 mm，然后运用FLAD^3D数值计算软件巷旁充填的合理宽度b为1200 mm。根据上述方法确定巷旁充填模板金属支架的尺寸，包括第一竖向钢管10高度h₁为2450 mm，第二竖向钢管11高度h₂为2300 mm，两组竖向钢管的直径d₁均为60 mm；第一底部横向钢板12长度为3150 mm，第二底部横向钢板13长度为550 mm，两组底部横向钢板的宽度x均为60 mm，厚度y均为5 mm；顶部第一连接杆14长度为3150 mm，顶部第二弧形连接杆24长度为1163 mm，两组连接杆直径d₂均为50 mm。

对拉钢筋的间距m为700 mm、排距n为800 m。

其余步骤同实施例1，现场使用效果示意图如图15所示。

Claims (9)

1.一种柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：包括金属支架、充填模袋及连接装置；金属支架由竖向钢管、底部横向钢板及顶部连接杆通过连接装置连接而成的柱体框架结构；充填模袋是采用防水纤维布制成柱体，充填模袋能够被金属支架完全支撑起来，并与其紧密贴合，充填模袋外部加有钢筋，称外部加筋，充填模袋内部布置有对拉钢筋，充填模袋顶部装备有挂钩，充填模袋靠近沿空巷道侧设置有充填口；

所述金属支架包括四根竖向钢管、底部四根横向钢板和顶部四根连接杆；

四根竖向钢管分别为两根平行排列的第一竖向钢管和两根平行排列的第二竖向钢管；第一竖向钢管和第二竖向钢管的高度不相等；

底部四根横向钢板包括两块第一底部横向钢板和两块第二底部横向钢板；

顶部四根连接杆由以下两种形式中的任一种组成：①由四根顶部直连接杆组成，其中两根水平放置于等高的竖向钢管之间，两根倾斜放置于不等高的竖向钢管之间；②由两根顶部直连接杆和两根弧形连接杆组成，其中两根直连接杆水平放置于等高的竖向钢管之间，两根弧形连接杆放置于不等高的竖向钢管之间；顶部连接杆分别为两两平行设置；

所述底部横向钢板和顶部连接杆分别在第一竖向钢管和第二竖向钢管的底部和顶部连接，组成顶部为楔形或拱形的柱式框架结构。

2.根据权利要求1所述的柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：所述竖向钢管与底部钢板通过第一连接装置连接，第一连接装置由一个竖向圆柱形套筒、两个横向立方体套筒两两相互垂直焊接而成。

3.根据权利要求1所述的柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：所述金属支架与顶部连接杆之间通过连接装置连接；第一竖向钢管与顶部直连接杆或弧形连接杆之间通过第二连接装置连接；第二连接装置由三个圆柱形套筒焊接而成，其中两个圆柱形套筒垂直焊接，另一个圆柱形套筒与其中一个呈夹角为

；

h₁为第一竖向钢管高度，h₂为第二竖向钢管高度，b为巷旁充填模板宽度；第二连接装置的其中两个非垂直的圆柱形套筒所呈的夹角为α。

4.根据权利要求1所述的柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：第二竖向钢管与顶部直连接杆或弧形连接杆之间通过第三连接装置连接；第三连接装置由三个圆柱形套筒焊接而成，其中两个圆柱形套筒垂直焊接，另一个圆柱形套筒与其中一个套筒所呈夹角为

；

h₁为第一竖向钢管高度，h₂为第二竖向钢管高度，b为巷旁充填模板宽度；β为第三连接装置的其中两个非垂直的圆柱形套筒所呈夹角。

5.根据权利要求1所述的柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：充填模袋外部钢筋通过第四连接装置将相邻的外部钢筋端部连接起来，第四连接装置由两个相互垂直的圆柱形套筒焊接而成。

6.根据权利要求1所述的柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：充填模袋内部布置有对拉钢筋，内部对拉钢筋为高强螺纹钢，内部对拉钢筋外端丝扣长度不小于100 mm，内部对拉钢筋外部两端各有一套由高强度托板、球形垫和尼龙垫圈构成的固定装置，将其间隔固定在充填模袋上。

7.根据权利要求1所述的柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：充填模袋上部靠近沿空巷道侧设置有充填口。

8.根据权利要求1所述的柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：充填模袋直接套在金属支架上，充填模板外侧设有连接绳，将相邻两个充填模袋相互固定连接。

9.一种权利要求1~8任一项所述的柱体式沿空留巷巷旁充填模板的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）确定巷旁充填模板尺寸：

根据矿井生产的实际情况，结合FLAC^3D数值模拟确定出巷旁充填体长度a和宽度b，并以此来确定巷旁充填模版的尺寸，即巷旁充填模板金属钢管、钢板和连接杆的尺寸；

（2）悬挂充填体模板：

将充填模板悬挂在巷道顶部的金属网或锚杆端头或单体液压支柱上，使得充填模袋垂直下沉，使充填模袋底部完全接触到巷道底板，并在靠近采空区一侧将对拉钢筋的一端固定，然后调整模板高度使其充分展开；

（3）安装巷旁充填模板金属支架：

将钢管、钢板、连接杆分别穿插在充填模袋指定位置上预先留设好的支架套筒内，并用各连接装置将其端部依次连接，并将相邻充填模板上的连接绳依次连接起来；

（4）安装外部加筋，在巷旁充填模袋四周安装外部加筋，并用外部加筋连接装置将其端头进行两两连接；

（5）从上部充填口将巷旁充填材料灌入，并将对拉钢筋进行初步预紧；

（6）拉紧对拉钢筋，待巷旁充填材料充分凝结接顶后，再将对拉钢筋进行充分拉紧并封闭充填口；

（7）重复步骤（3）～（6），直至工作面推进完毕。

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