CN110966026A - 一种高水充填支柱巷旁支护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高水充填支柱巷旁支护方法，涉及矿井支护技术领域，步骤包括：通过连通器连通支柱体，并设置连接杆加固支柱体之间的稳定性；通过支柱的三用阀向缸体内注入高水材料，高水材料通过连通器进入相连的支柱体，支柱体的活柱体升起至顶板。其中高水材料包括重量比为1:1的甲料和乙料，甲料包括硫铝酸盐水泥熟料、悬浮剂与超缓凝剂，乙料包括石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂；高水材料凝固后体积略有增大，支柱体的高度固定支撑工作面；该高水充填支柱应用于永久支护巷道，以及沿空留巷的巷旁支护；还用于替代木跺、单体液压支柱和混凝土支柱，施工工艺简单、操作方便、成本较低，并且有利于环境的保护。

Description

一种高水充填支柱巷旁支护方法

技术领域

本发明涉及矿井支护技术领域，尤其是一种高水充填支柱巷旁支护方法。

背景技术

煤矿主要是地下开采，需要在井下开掘大量巷道，采用巷道支护来保持巷道畅通和围岩稳定对煤矿建设与生产具有重要意义。巷道支护的效果却不仅仅取决于支架本身的支承力，还受到围岩性质、支架力学性质、支架安设密度、安设支架时间的早晚、支架安设质量和与围岩的接触方式等一系列因素的影响。单体液压支柱是效果较好的支护装备，既可与金属铰接顶梁配套用于高档普采和炮采用工作面支护顶板以及综采工作面支护端头，也可单独做点柱或其它支护用。液压支柱的局部划伤及变形是单体液压支柱常出现的问题，尤其是活塞口变形泄露、井下液压支柱腐蚀等问题，导致单体液压支柱的使用寿命不够长。

在进行地下建筑工程时，除了需要临时支护，很多地方也需要永久的支护，比如在矿井中的主井和运输巷就必须使用永久支护，可以采用砌碹支护，架拱支护，锚杆支护，联合支护等；由于常规的液压支架使用寿命及强度不能满足永久支护的需要，需要提升现有支柱的强度及寿命。沿空留巷是在采煤工作面后沿采空区边缘维护原回采巷道，为了回收传统采矿方式中留设的保护煤柱，将上一区段的顺槽重新支护留给下一个区段使用；但是沿空留巷中普通的支柱需要采用密集支架的方式进行支护，沿空巷道是处在采面后侧，工作面后方的煤体内矿压是空间和时间的函数，存在应力高峰区；单体液压支护受压超过其承载极限后便会漏液，乳化液的泄露容易导致井下环境的污染。

在永久支护或沿空留巷的巷旁支护中，需要提供一种结构强度大、施工方便并且使用寿命长的支护方法；另外为了保护环境避免使用乳化液，减少开采对地下水和环境的污染。

发明内容

为了替代木跺、单体液压支柱和混凝土支柱，提供一种施工工艺简单、操作方便、成本较低，并且有利于环境保护的支护方法；提高永久支护中支柱的使用寿命，避免沿空留巷中支柱受压变形破坏，本发明提供了一种高水充填支柱巷旁支护方法，具体技术方案如下。

一种高水充填支柱巷旁支护方法，步骤包括：

步骤一.制作组装高水充填支柱，支柱包括支柱体、三用阀、连通器和连接杆，通过连通器连接支柱体的缸体，三用阀设置在支柱体上，连接杆连接相邻的支柱体；

步骤二.制作高水材料，高水材料包括重量比为1:1的甲料和乙料，甲料包括硫铝酸盐水泥熟料、悬浮剂与超缓凝剂，乙料包括石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂；

步骤三.通过注液枪将高水材料从三用阀注入支柱体内，高水材料通过连通器进入相邻的支柱体内，支柱体的活柱体上升至接顶，停止注入高水材料；

步骤四.等待高水材料凝固，完成支护。

优选的是，所述高水充填支柱具有2个或2个以上的支柱体，在其中1个支柱体上设置三用阀。

优选的是，支柱体包括顶盖、底座、缸体和活柱体，活柱体的直径小于缸体直径，并且其下端套接在缸体内，缸体的下端设置有底座，活柱体的上端设置有顶盖。

优选的是，缸体直径为150mm，连接杆直径为20mm，连通器直径为30mm；所述连通器的长度和连接杆的长度相等，连通器和连接杆的长度为500mm-1000mm；所述活柱体向上的行程最大为1000mm。

一种利用高水充填支柱的沿空留巷支护方法，结合上述的高水充填支柱巷旁支护方法，步骤包括：

步骤a.对沿空留巷的巷道进行支护，在待支护空间清理底板浮煤至平整直接底；

步骤b.在工作面液压支架的后方布置高水充填支柱，高水充填支柱的布置方向和工作面液压支架的排列方向相垂直；

步骤c.向高水充填支柱内注入高水材料，高水材料在高水充填支柱中凝结后，工作面和液压支架继续推进。

本发明的有益效果包括：

(1)本发明提供的高水充填支柱的结构简单，并且连接方便，生产成本低；并且通过连通器连通两个以上的支柱体，同步支柱的升降保证了支护的稳定；支柱体之间通过连接杆进一步加强了稳定性。

(2)高水充填支柱使用的高水材料价格低，又适合高水灰比情况下使用；凝结时间十几秒至几小时随意可调，增强了装置的使用灵活性；高水材料具有能够凝固的特性，又避免了超载漏液状况的发生；即使该支柱置于采空区不回收也不会造成污染。

(3)高水充填支柱的使用步骤操作简便、安全性好、工作效率高，并且高水充填支护的支护效果更好，支柱承载能力更大，成本更低；并且该支柱在使用时不需要辅助的临时支护，所以能够更好的适应井下工作环境；使用过程中不需要像泵送支柱一样登高操作，因此施工更加安全。

(4)在永久支护巷道中使用高水充填支柱，保证了永久支护中支护的耐久性，并且支柱的承载能力更强，也不会发生乳化液漏液的问题；在沿空巷道的支护中，高水充填支柱并列式布置的结构，支护更加稳定，承载能力更强。

附图说明

图1是高水充填支柱的支护方法流程步骤图；

图2是高水充填支柱结构示意图；

图3是一种高水充填支柱结构示意图；

图4是连接杆结构示意图；

图5是沿空留巷的巷道支护示意图；

图6是永久支护巷道的俯视示意；

图中：1-顶盖；2-支柱体；3-活体柱；4-缸体；5-底座；6-连接杆；7-连通器；8-三用阀；9-橡皮塞；10-套箍；11-铰接顶梁；12-液压支架。

具体实施方式

结合图1至图6所示，本发明提供了一种高水充填支柱巷旁支护方法具体实施方式如下。

实施例1

一种高水充填支柱巷旁支护方法，如图1所示，步骤包括：

步骤一.制作并组装高水充填支柱，支柱包括支柱体2、三用阀8、连通器7和连接杆6，通过连通器7连接支柱体的缸体4，三用阀8设置在支柱体上，连接杆6连接相邻的支柱体2；该支柱可以提前根据使用环境条件制作成适应环境空间的尺寸。

步骤二.制作高水材料，高水材料包括重量比为1:1的甲料和乙料，甲料包括硫铝酸盐水泥熟料、悬浮剂与超缓凝剂，乙料包括石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂。

其中高水材料即高水速凝充填材料是一种双料特种水泥混合材料，该材料浆材颗粒细，渗透性能好，混合浆液凝结时间十几秒至几小时随意可调，混合浆液凝结时基本不析水，结石强度高，抗渗性好，微膨胀，不龟裂及凝结后受扰动甚至破坏后具有再结胶性能。

步骤三.通过注液枪将高水材料从三用阀注入支柱体内，高水材料通过连通器进入相邻的支柱体内，在高水材料的压力下，支柱体的活柱体上升至接顶，停止注入高水材料。

步骤四.等待高水材料凝固，凝固时间根据高水材料的调制确定，完成支护。

高水充填支柱的使用步骤操作简便、安全性好、工作效率高，并且高水充填支护的支护效果更好，支柱承载能力更大，成本更低。并且不同于泵送支柱的支护方式，泵送支柱由于充填材料的凝结时间长，初设支柱没有任何的承载能力所以需要设置单体液压支柱等临时支撑；该支柱在使用时不需要辅助的临时支护，所以能够更好的适应井下工作环境。使用过程中不需要像泵送支柱一样登高操作，由于泵送支柱需要登高至顶板挂设膜袋，而高水充填支柱可以直接升柱支护，因此施工更加安全。

其中高水充填支柱的结构具体是，包括支柱体2、三用阀8和连接杆6，还有连通器7，如图2和图3所示，其具有2个或2个以上的支柱体2，2个或多个支柱体2连接为一组，在其中1个支柱体2上设置三用阀8，多个支柱时设置在中间一个支柱体2上。连通器7连接支柱体2，可以同时升柱保证支护结构的稳定性，连接杆6进一步保证支护结构的稳定性；通过支柱体2上的三用阀8向缸体内注入高水材料，从而避免使用乳化液，并且不会发生漏液，提高了支柱的环保性能；支柱体内的高水材料凝结使支柱体变为实心，因此其结构强度更大，使用寿命更长。

支柱体2包括顶盖1、底座5、缸体4和活柱体3，连通器7与支柱体2的缸体相连，用于连通支柱体2的缸体内空间，连接杆6与支柱体的中部以上相连，用于固定支柱体之间的距离保证整体的稳定性，三用阀8设置在支柱体上，三用阀8和高水材料注液抢连接，将高水材料充入缸体内。缸体4内充满高水材料，高水材料充入后凝固。活柱体3的直径小于缸体直径，并且其下端套接在缸体4内，活柱体3可以在缸体内伸缩运动，缸体4的下端设置有底座，缸体4可以是插入底座5内一定的长度，活柱体3的上端设置有顶盖，顶盖1和顶板接触，顶盖1之间也可以连接铰接顶梁11。

实施例2

为了更好的发挥高水充填支柱的支护效果，本实施例对高水材料、连接杆的结构及支柱尺寸做进一步的改进。

对于高水材料，根据在矿区的试验表面，该材料由甲料，乙料两种组份构成；甲料、乙料以重量比1:1配合使用，其中甲料是以硫铝酸盐水泥熟料为基材，与悬浮剂和少量超缓凝剂混磨而成，硫铝酸盐水泥熟料是胶结构材料，缓凝剂是一种降低水泥或石膏水化速度和水化热、延长凝结时间的添加剂，添加量根据实际需要确定；乙料是由石灰，石膏，悬浮剂和复合速凝早强剂等混磨而成。例如，甲料中各组分的重量配比为硫铝酸盐水泥熟料80％～95％，悬浮剂与超缓凝剂总量5％～20％，甲料中各个组分需要充分混合研磨；乙料中各组分的重量配比为石灰20％～50％，石膏40％～70％，悬浮剂和复合速凝早强剂总量5％～20％，乙料中各个组分需要充分混合研磨。与传统充填材料相比，该高水材料具有以下优点：①浆材颗粒细，渗透性能好；②主、配料单独加水搅拌的浆液24小时不凝结，相同水灰比的主，配料浆1:1混合使用，混合浆液凝结时间十几秒至几小时随意可调；③混合浆液凝结时基本不析水、结石强度高、抗渗性好、微膨胀、不龟裂及凝结后受扰动甚至破坏后具有再结胶性能；④价格低，又特别适合高水灰比情况下使用，所以成本较低。

高水充填支柱使用的高水材料价格低，又适合高水灰比情况下使用；凝结时间十几秒至几小时随意可调，增强了装置的使用灵活性；高水材料具有能够凝固的特性，又避免了超载漏液状况的发生；即使该支柱置于采空区不回收也不会造成污染。

此外，连通器将支柱体的缸体下部连通，从而方便高水材料充入并将活柱体同步顶起。连接杆两端为套箍，套箍套设在缸体上，连接杆和套箍之间铰接，如图4所示，套箍可以通过螺母松紧，也可以转动套箍倾斜连接杆从而改变支柱体之间的距离，方便安装；也可以多设置若干个连接杆，保证支柱体之间的稳定连接。根据矿井实际的需求，选用如下尺寸的支护结构设计，能够节省成本、更方便的发挥该结构的功能，其缸体直径为150mm，连接杆直径为20mm，连通器直径为30mm；连通器的长度和连接杆的长度相等，连通器和连接杆的长度为500mm-1000mm。活柱体为实心柱体，向上顶起支撑顶板，活柱体向上的行程最大为1000mm。另外在活柱体的中轴线位置可以设置导杆，导杆和活柱体中轴线上的孔配合，导杆底部固定在缸体底部。

实施例3

一种利用高水充填支柱的沿空留巷支护方法，结合上述的高水充填支柱的支护方法，如图5所示，步骤包括：

步骤a.对沿空留巷的巷道进行支护，随着工作面开采，在留巷一侧布置高水充填支柱，在待支护空间清理底板浮煤至平整直接底，若底板不平整对其进行整平。

步骤b.工作面液压支架的后方布置高水充填支柱，高水充填支柱的布置方向和工作面液压支架的排列方向相垂直，由于沿空留巷侧，靠近采空区一侧的压力较大，使用并排两个以上的支柱体，同步支柱的升降保证了支护的稳定；支柱体之间的连接杆进一步加强了稳定性。

步骤c.向高水充填支柱内注入高水材料，其中制作的高水材料，高水材料包括重量比为1:1的甲料和乙料，甲料包括硫铝酸盐水泥熟料、悬浮剂与超缓凝剂，重量比例为10:0.8:0.2，乙料包括石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂，重量比例为4:6:0.8:0.3；高水材料在高水充填支柱中凝结后，工作面和液压支架继续推进。

在沿空巷道的支护中，高水充填支柱并列式布置的结构，支护更加稳定，承载能力更强。

实施例4

一种高水充填支柱巷旁支护方法，结合上述的高水充填支柱的支护方法，如图6所示，步骤包括：

步骤A.对永久支护巷道进行支护，巷道开挖后，在待支护空间清理底板浮煤至平整直接底，若底板不平整对其进行整平。

步骤B.巷道围岩布置锚杆锚索，根据支护需要设置锚杆、锚索及锚网。

步骤C.相邻巷帮设置高水充填支柱，根据巷道埋深等因素确定使用2个支柱体的高水充填支柱还是多个支柱体的高水充填支柱；在两帮相对的高水充填支柱顶盖之间设置有铰接顶梁，铰接顶梁和高水充填支柱的顶杆之间通过螺栓或直接焊接固定。

步骤D.提前配置高水材料，其中制作的高水材料，高水材料包括重量比为1:1的甲料和乙料，甲料包括硫铝酸盐水泥熟料、悬浮剂与超缓凝剂，重量比例为10:0.6:0.4，乙料包括石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂，重量比例为4:6:1:0.5；根据需要注入高水材料，高水充填支柱升柱至顶板，高水材料在高水充填支柱中凝结后完成支护。

在永久支护巷道中使用高水充填支柱，保证了永久支护中支护的耐久性，并且支柱的承载能力更强，也不会发生乳化液漏液的问题。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高水充填支柱巷旁支护方法，其特征在于，步骤包括：

步骤一.制作组装高水充填支柱，支柱包括支柱体、三用阀、连通器和连接杆，通过连通器连接支柱体的缸体，三用阀设置在支柱体上，连接杆连接相邻的支柱体；

步骤二.制作高水材料，高水材料包括重量比为1:1的甲料和乙料，甲料包括硫铝酸盐水泥熟料、悬浮剂与超缓凝剂，乙料包括石灰、石膏、悬浮剂和复合速凝早强剂；

步骤三.通过注液枪将高水材料从三用阀注入支柱体内，高水材料通过连通器进入相邻的支柱体内，支柱体的活柱体上升至接顶，停止注入高水材料；

步骤四.等待高水材料凝固，完成支护。

2.根据权利要求1所述的一种高水充填支柱巷旁支护方法，其特征在于，所述高水充填支柱具有2个或2个以上的支柱体，在其中1个支柱体上设置三用阀。

3.根据权利要求1所述的一种高水充填支柱巷旁支护方法，其特征在于，所述支柱体包括顶盖、底座、缸体和活柱体，活柱体的直径小于缸体直径，并且其下端套接在缸体内，缸体的下端设置有底座，活柱体的上端设置有顶盖。

4.根据权利要求1所述的一种高水充填支柱巷旁支护方法，其特征在于，所述缸体直径为150mm，连接杆直径为20mm，连通器直径为30mm；所述连通器的长度和连接杆的长度相等，连通器和连接杆的长度为500mm-1000mm；所述活柱体向上的行程最大为1000mm。

5.一种利用高水充填支柱的沿空留巷支护方法，结合权利要求1至4任一项所述的高水充填支柱巷旁支护方法，步骤包括：

步骤a.对沿空留巷的巷道进行支护，在待支护空间清理底板浮煤至平整直接底；

步骤b.在工作面液压支架的后方布置高水充填支柱，高水充填支柱的布置方向和工作面液压支架的排列方向相垂直；

步骤c.向高水充填支柱内注入高水材料，高水材料在高水充填支柱中凝结后，工作面和液压支架继续推进。

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