CN112696232B - 一种沿空留巷强化充填体结构及其充填方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沿空留巷充分接顶强化充填体结构及其充填方法，强化充填体结构包括充填袋，所述充填袋上设有供充填进料的进料充填口、以及供排气用的排气口；强化结构，设置在充填袋内，用于强化充填体；护模钢筋网，围合设置在所述充填袋的周围。该发明的特征在于在充填袋内部，还包括一隔离单元，将充填袋内腔上、下两部分的浆液隔离，所述隔离单元倾斜设置在充填袋内，所述隔离单元与充填袋之间固定连接且能够随充填袋的撑开而变形，变形后形成一隔离面，所述隔离面将所述充填袋的内腔分隔成位于上部的第一充填腔和位于下部的第二充填腔。

Description

一种沿空留巷强化充填体结构及其充填方法

技术领域

本发明涉及井下机械化构筑巷旁充填体技术领域，尤其是针对于一种沿空留巷强化充填体结构及其充填方法。

背景技术

沿空留巷是将一条巷道作两次利用，极大地提高资源回收率，缓解采掘接替紧张，是煤矿开采及回采巷道布置技术的一项重大改革。进入深部开采后，矿压显现加剧，巷道径缩明显，出现沿空留巷充填体大变形、承载失效现象日益增多，特别是目前沿空留巷期间，其巷旁充填体的接顶效果极差，进而进一步加剧了其变形破坏程度。因此，沿空留巷中巷旁充填接顶效果和充填体支护是维持巷道稳定的关键。

目前针对沿空留巷期间，进行留巷注浆时，注浆孔的位置往往置于充填袋的顶部，利于浆液流动以及充分充填。但由于浆液本身的重力作用，以及浆液的速凝作用，此外由于工作面回采期间割煤作用下，使得进行沿空留巷区域的底板平整度较差，总体会呈现一定的倾斜角度，即巷道底板沿着巷道径向存在一定的倾斜角度，导致充填期间，巷旁充填体的液面近似呈驼峰型，造成后期接顶时整个充填体（尤其是充填体中部）和顶板都留有间隙。原因是，充填体上方的注浆孔的注浆过程中，由于浆液的自重以及浆液的流动，必然会导致充填体左右两侧相对于中间部分要高，而充填体要想发挥充分的支撑作用，必须得中间核心区域具有较强的承载作用，而以往操作极易导致充填体中间核心区域未能充分接顶，进而使得充填体整体承载能力降低，最终影响巷道的稳定性。当工作面推进达到初次来压的距离后，顶板的垮落，易造成充填体瞬间被压碎，给工作面带来极大的安全隐患。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种沿空留巷强化充填体结构及其使用方法，该装置和方法一方面能够保证充填体整体充分接顶，另一方，使得巷旁充填体的接顶区域的整体强度增大，针对顶板来压强烈现象，增加了巷旁充填体的稳定性，进而保证了沿空留巷整个巷道的稳定性。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种沿空留巷强化充填体结构，包括：

充填袋，所述充填袋上设有供充填进料的进料充填口、以及供排气用的排气口；

强化结构，设置在充填袋内，用于强化充填体；

护模钢筋网，围合设置在所述充填袋的周围，所述充填袋内部还包括一隔离单元，所述隔离单元与充填袋之间固定连接且能够随充填袋的撑开而变形，变形后形成一倾斜设置的隔离面，隔离面的倾斜方向与充填袋底部的底板倾斜方向相反，所述隔离面将所述充填袋的内腔分隔成位于上部的第一充填腔和位于下部的第二充填腔；

所述第一充填腔的腔壁和第二充填腔的腔壁上分别设有至少一个所述进料充填口和多个所述排气口。

所述充填袋上的进料充填口和排气口上均连接有与充填管对接用的柔性套袋。

所述第一充填腔的体积和第二充填腔体积比为1：n，n为正整数。

所述隔离单元包括：承载骨架和设置于承载骨架上的柔性布，所述承载骨架可在折叠状态与展开状态之间进行切换。

所述承载骨架包括骨架边缘结构、以及连接在所述骨架边缘结构中间的可收缩或展开的骨架支撑杆，其中，所述骨架边缘结构包括多个骨架边缘单元体，各骨架边缘单元体之间通过一根钢丝绳进行串联，每两个骨架边缘单元体之间设有锁接用的弹性卡扣组合，多个骨架边缘单元体相互锁接后形成所述骨架边缘结构；

所述可收缩骨架支撑杆包括多个弹性卡扣单元，每个弹性卡扣单元上沿弹性卡扣单元的周向均匀布置有多个弹性卡槽，每两个弹性卡扣单元的弹性卡槽之间连接有柔性连杆，所述柔性连杆与所述骨架边缘单元体之间固定连接；

当承载骨架展开时，各柔性连杆在相互牵引作用下，卡死于弹性卡扣单元中的各个弹性卡槽内，使得承载骨架的整体结构形成平整的隔离面。

所述柔性布为风筒布，所述风筒布与所述承载骨架之间缝制连接或胶粘连接。

所述隔离单元与水平面之间的夹角小于15°。

本发明进一步公开了一种基于所述沿空留巷强化充填体结构的充填方法，依据现有高水材料沿空留巷施工步骤，即清理底板，尽量保证巷道底板平整，支撑单体支柱作为留设充填空间，架设钢筋网，将充填袋撑起，进行挂袋，而后开始注浆充填，具体包括以下步骤：

S1、依据沿空留巷施工流程，立支柱，挂网，安装充填袋，安装充填袋过程中，需将充填袋内部的隔离单元进行撑开成型；

S2、通过充填袋下部第二充填腔上的充填口进行注浆充填，待下部先进行填充的充填腔内剩余体积与上部体积较小的充填腔体积一致时，同时通过上部第一充填腔上的充填口进行注浆充填，随着上下两个充填腔中浆液的注入，直至完成整个充填区域的充填；

上部第一充填腔中的充填管和下部第二充填腔中的充填管为相同管径的充填管，且同时与一个注浆泵连接。

有益效果：

本发明设计辅助结构倾斜面，使得浆液在充填过程中，避免液面驼峰形态的成型，同时借助倾斜结构面达到充填体整体充分接顶的效果。

同时由于承载骨架的存在，使得巷旁充填体的接顶区域的整体强度增大，针对顶板来压强烈现象，增加了巷旁充填体的稳定性，进而保证了沿空留巷整个巷道的稳定性。

附图说明

图1为现有巷旁充填体的液面近似呈驼峰型的结构示意图；

图2为本发明沿空留巷强化充填体结构的结构示意图；

其中，1为柔性套袋；2为充填袋；3为底板；4为护模钢筋网；5为隔离单元；

图3为骨架边缘单元体的连接结构示意图；

其中，6为钢丝绳；7为骨架边缘单元体；8为弹性卡扣组合；

图4为本发明承载骨架整体结构示意图；

图5为本发明弹性卡扣单元与柔性连杆的连接结构示意图。

图6为本发明骨架支撑杆呈折叠状态时的结构示意图；

图7为本发明骨架支撑杆呈展开状态时的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示为现有巷旁充填体的液面近似呈驼峰型的结构示意图。

如图2所示，单个巷旁充填体总体图，为避免图形复杂未增加左右两侧的贯穿的对拉锚杆。该巷旁充填体设计为外表为风筒布裁剪加工为一体的装置，主要包括外设的两层共计六个充填扎口，即右侧为充填注浆口，左侧为排气口；充填袋内部包含一个承载骨架，承载骨架上方用风筒布缝合，使得充填体上、下两部分的浆液隔离；

所述隔离单元的倾斜方向与充填袋底部的底板倾斜方向相反；

所述隔离单元与充填袋之间固定连接且能够随充填袋的撑开而变形，变形后形成一隔离面，所述隔离面将所述充填袋的内腔分隔成位于上部的第一充填腔和位于下部的第二充填腔；所述第一充填腔的体积和第二充填腔体积比为1：n，n为正整数。这样一方面可发挥充填体的主体承重作用，另一方面便于控制隔离体上下两部分的注浆时机。

本实施例中，所述第一充填腔的体积和第二充填腔体积比为1：n；n的确定依据现场工作面二次回采时巷道高度；假设某工作面二次回采时巷道高度为3m，充填体宽1.5m，则可确定n=2。

如图3~图5所示，所述承载骨架包括骨架边缘结构、以及连接在所述骨架边缘结构中间的可收缩或展开的骨架支撑杆，其中，所述骨架边缘结构包括多个骨架边缘单元体，各骨架边缘单元体之间通过一根钢丝绳进行串联，每两个骨架边缘单元体之间设有锁接用的弹性卡扣组合，多个骨架边缘单元体相互锁接后形成所述骨架边缘结构；

由于骨架边缘单元体内部存在一根钢丝绳对其进行串联，钢丝绳发挥定位的作用，使得两个边缘结构容易对接，骨架边缘单元体之间通过弹性卡扣组合锁死固定，按照这样的操作，将多个骨架边缘单元体相互连接形成骨架边缘。

所述可收缩骨架支撑杆包括多个弹性卡扣单元，每个弹性卡扣单元上沿弹性卡扣单元的周向均匀布置有多个弹性卡槽，每两个弹性卡扣单元的弹性卡槽之间连接有柔性连杆，所述柔性连杆与所述骨架边缘单元体之间固定连接；

当承载骨架展开时，各柔性连杆在相互牵引作用下，卡死于弹性卡扣单元中的各个弹性卡槽内，使得承载骨架的整体结构形成平整的隔离面。

图6和图7所示，每个弹性卡扣单元中存在六条弹性卡槽，本发明视图中为便于理解，仅展现主视图角度下的可收缩骨架支撑杆的连接方式。

本发明所述沿空留巷强化充填体结构的充填方法是：

依据现有高水材料沿空留巷施工步骤，即清理底板，尽量保证巷道底板平整，支撑单体支柱作为留设充填空间，架设钢筋网，将充填袋撑起，进行挂袋，而后开始注浆充填，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、依据沿空留巷施工流程，立支柱，挂网，安装充填袋，安装充填袋过程中，需将充填袋内部的隔离单元进行撑开成型；

S2、通过充填袋下部第二充填腔上的充填口进行注浆充填，待下部先进行填充的充填腔内剩余体积与上部体积较小的充填腔体积一致时，同时通过上部第一充填腔上的充填口进行注浆充填，随着上下两个充填腔中浆液的注入，直至完成整个充填区域的充填；

上部第一充填腔中的充填管和下部第二充填腔中的充填管为相同管径的充填管，且同时与一个注浆泵连接。

由于以往巷旁充填体充填过程中，浆液的重力、速凝作用以及底板倾角的存在，造成充填液面呈驼峰型（即注浆口侧液面最高，其正对侧液面次高，中间液面最点），为了避免此形态的成型，本发明在填充袋内设计倾斜布置的隔离单元，使得浆液在充填过程中，避免液面驼峰形态的成型，同时借助倾斜结构面达到充填体充分接顶的效果。

同时由于高强柔性承载骨架的存在，使得巷旁充填体的接顶区域的整体强度增大，针对顶板来压强烈现象，增加了巷旁充填体的稳定性，进而保证了沿空留巷整个巷道的稳定性。

Claims (6)

1.一种沿空留巷强化充填体结构，包括：

充填袋，所述充填袋上设有供充填进料的进料充填口、以及供排气用的排气口；

强化结构，设置在充填袋内，用于强化充填体；

护模钢筋网，围合设置在所述充填袋的周围，其特征在于在，还包括一隔离单元，所述隔离单元包括：承载骨架和设置于承载骨架上的柔性布，所述承载骨架可在折叠状态与展开状态之间进行切换，所述隔离单元与充填袋之间固定连接且能够随充填袋的撑开而变形，变形后形成一倾斜设置的隔离面，隔离面的倾斜方向与充填袋底部的底板倾斜方向相反，所述隔离面将所述充填袋的内腔分隔成位于上部的第一充填腔和位于下部的第二充填腔；

所述第一充填腔的腔壁和第二充填腔的腔壁上分别设有至少一个所述进料充填口和多个所述排气口；

所述承载骨架包括骨架边缘结构、以及连接在所述骨架边缘结构中间的可收缩或展开的骨架支撑杆，其中，所述骨架边缘结构包括多个骨架边缘单元体，各骨架边缘单元体之间通过一根钢丝绳进行串联，每两个骨架边缘单元体之间设有锁接用的弹性卡扣组合，多个骨架边缘单元体相互锁接后形成所述骨架边缘结构；

所述可收缩骨架支撑杆包括多个弹性卡扣单元，每个弹性卡扣单元上沿弹性卡扣单元的周向均匀布置有多个弹性卡槽，每两个弹性卡扣单元的弹性卡槽之间连接有柔性连杆，所述柔性连杆与所述骨架边缘单元体之间固定连接；

当承载骨架展开时，各柔性连杆在相互牵引作用下，卡死于弹性卡扣单元中的各个弹性卡槽内，使得承载骨架的整体结构形成平整的隔离面。

2.根据权利要求1所述的沿空留巷强化充填体结构，其特征在于，所述充填袋上的进料充填口和排气口上均连接有与充填管对接用的柔性套袋。

3.根据权利要求1所述的沿空留巷强化充填体结构，其特征在于，所述第一充填腔的体积和第二充填腔体积比为1：n，n为正整数。

4.根据权利要求1所述的沿空留巷强化充填体结构，其特征在于，所述柔性布为风筒布，所述风筒布与所述承载骨架之间缝制连接或胶粘连接。

5.根据权利要求1所述的沿空留巷强化充填体结构，其特征在于，所述隔离单元与水平面之间的夹角小于15°。

6.一种基于权利要求1~5中任一所述沿空留巷强化充填体结构的充填方法，依据现有高水材料沿空留巷施工步骤，即清理底板，尽量保证巷道底板平整，支撑单体支柱作为留设充填空间，架设钢筋网，将充填袋撑起，进行挂袋，而后开始注浆充填，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、依据沿空留巷施工流程，立支柱，挂网，安装充填袋，安装充填袋过程中，需将充填袋内部的隔离单元进行撑开成型；

S2、通过充填袋下部第二充填腔上的充填口进行注浆充填，待下部先进行填充的充填腔内剩余体积与上部体积较小的充填腔体积一致时，同时通过上部第一充填腔上的充填口进行注浆充填，随着上下两个充填腔中浆液的注入，直至完成整个充填区域的充填；

上部第一充填腔中的充填管和下部第二充填腔中的充填管为相同管径的充填管，且同时与一个注浆泵连接。

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