CN114233379A - 一种大采高沿空留巷巷旁充填结构及充填体构筑方法 - Google Patents

Abstract

一种大采高沿空留巷巷旁充填结构及充填体构筑方法，结构：两排单体液压支柱支设在待充填区域的外侧；多块钢筋网围设在待充填区域的周围；充填袋的顶部和底部分别抵接顶板和底板，其内部设置有抗剪支撑机构，并于抗剪支撑机构以外的部分充填高水速凝材料；抗剪支撑机构由钢管、圆孔套筒和对拉锚杆组成，钢管内部充满矸石混凝土；多根圆孔套筒固接在钢管两侧的管身上；对拉锚杆对应的插装于圆孔套筒中，并与钢筋网外侧的梯子梁、托盘和螺母连接。方法：布置单体液压支柱和钢筋网；放置充填袋和钢管；插装对拉锚杆；充填矸石混凝土；注入高水速凝材料；形成充填墙体。该结构和方法支护效果理想，能够大幅提升充填体的承载强度与抵抗变形的能力。

Description

一种大采高沿空留巷巷旁充填结构及充填体构筑方法

技术领域

本发明属于煤矿井下沿空巷道围岩控制技术领域，具体涉及一种大采高沿空留巷巷旁充填结构及充填体构筑方法。

背景技术

沿空留巷的技术在煤炭开采领域已发展很长时间，通过沿空留巷的方式，实现了无煤柱开采，从而有利于更合理的开发煤炭资源；沿空留巷的实现方式也在不断的发展，其实质是在已经开采工作面的后方采取一定形式的巷旁支护，如采用木桩、混凝土支柱、砌筑矸石带、混凝土充填墙体等方式，以有效的维护巷道，从而能更好的为下一区段服务。

随着巷旁支护技术的发展，充填墙体的形式变得越来越多样。对于充填墙体，其在开采面的推进过程中，将承受破断直接顶和老顶的自重荷载，同时也会承受老顶来压时的压力；随着开采面的不断推进，老顶发生断裂，形成铰接岩梁结构，充填墙体需承受铰接岩梁顶板回转过程中的压力传递，在竖向压力下，充填墙体会发生明显的变形，甚至有可能产生过大变形而导致留巷失败。

对于木垛支护，密集支柱支护和矸石带支护这些传统的巷旁支护方式，其主要缺点是增阻速度慢，支撑能力低，密封性能差，木材消耗多及机械化程度不高；对于混凝土砌块的支护方式，其效率较低，留巷速度跟不上机械化快速割煤进度，同时，其所需要的劳动负荷量较大；而整体浇注巷旁充填(高水材料、膏体材料等)技术具有增阻速度快，承载能力大，密封性好和机械化程度高等优点，已成为现阶段沿空留巷巷旁支护的主要方式。但是，这些充填材料构筑的巷旁支护体通常承载强度较低、抵抗变形能力较弱，同时，无法实现有效的接顶，降低了支护的效果。另外，随着开采深度的增加，这些充填材料构筑的巷旁支护体会越来越宽，导致充填材料用量大、长距离辅助运输成本高、围岩变形控制困难等现状是沿空留巷技术发展不可回避的突出问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种大采高沿空留巷巷旁充填结构及充填体构筑方法，该结构支护效果好、承载能力强、抵抗变形能力好、制造成本低，有利于实现大采高沿空留巷围岩的稳定性控制；该方法操作步骤简单、实施成本低，可实现充填体的有效接顶，并能够大幅提升充填体的承载强度与抵抗变形的能力，有利于确保煤矿的安全生产工作。

为了实现上述目的，本发明提供一种大采高沿空留巷巷旁充填结构，包括单体液压支柱、钢筋网和充填袋；

多根单体液压支柱分为两排，且分别竖向的支设于待充填区域宽度方向两端的外侧；

多块钢筋网依次设置在待充填区域的周围，且挂设在单体液压支柱的内侧，并于待充填区域的上方围设出待充填墙体的立体填充空间；

所述充填袋为具有封闭空间的立体结构，其高度与待充填区域处底板和顶板之间的距离相同；充填袋设置在立体填充空间中，其底部与待充填区域的底板抵接，其四周的侧壁与外部四周的钢筋网连接，其顶部与待充填区域的顶板抵接，其内部的中心设置有抗剪支撑机构，其内部在抗剪支撑机构以外的部分由高水速凝材料充满；

所述抗剪支撑机构由钢管、圆孔套筒和对拉锚杆组成；所述钢管竖直的设置，其高度与充填袋的高度相适配，其下端通过充填袋的底部与待充填区域的底板抵接，其内部充满矸石混凝土；多根圆孔套筒分为两组，且分别设置在待充填区域长度方向上的相对两侧；每组中的多根圆孔套筒均沿钢管的高度方向依次分布，且每根圆孔套筒均沿待充填区域的宽度方向横向延伸，并通过中部与钢管固定连接；所述对拉锚杆的两端均设置有外螺纹段，对拉锚杆的数量与圆孔套筒的数量相同，且一一对应的插装于圆孔套筒中，且其两端分别通过开设在充填袋上相对两侧的一对预留孔穿出，再依次穿过位于充填袋外部两侧的钢筋网、位于两侧钢筋网外部两侧的梯子梁和位于两侧梯子梁外部两侧的托盘，然后通过螺纹配合与位于两侧托盘外部的螺母连接。

进一步，所述充填袋由具有立体空间的主袋体和设置在主袋体顶部的顶部袋片组成，所述主袋体的顶部开口，所述顶部袋片通过拉链连接于主袋体的顶部开口处，且其长度方向相对的两端分别开设有排气口和注浆口。使充填袋的顶部设置有拉链，能在充填袋铺设在底板上后，方便的将抗剪支撑机构布置于充填袋的内部，同时，还能使后续向钢管内泵注矸石混凝土的过程更加便捷。再者，由于拉链位置位于顶部，可以有效减小充填浆体对充填袋的压力，避免了拉链在压力作用下发生炸裂而导致充填浆体流出的情况发生。使充填袋的顶部设置有排气孔和注浆口，能方便利用注浆口将高水速凝材料注入到充填袋内部，同时，能够确保充填区域内的气体可以通过排气孔中充分排出，由于充填区域内的气体可以充分排出，可以有效减少高水速凝材料中残留的气体，避免了因气体无法外排时，高水速凝材料无法充满整个充填区域，导致充填墙体无法有效接顶，不能提供足够的承载力的情况发生。

进一步，所述钢管的管身上于靠近其上端的部分开设有与其内腔连通的充填孔。使钢管的顶部设置有充填孔，能方便的向其内腔中充填矸石混凝土。

进一步，所述圆孔套筒的数量为六根，且每组三根，每组的三根圆孔套筒分别位于煤层开采高度的H/4、H/2、3H/4处。通过使每侧的三根圆孔套筒分别位于煤层开采高度的H/4、H/2、3H/4处，可以有效提高充填结构的承载能力，同时，能使充填结构具有更好的抵抗变形能力，进而可以提供更好的支护效果。

进一步，所述排气口和注浆口的数量均为两个，且每个排气口处连接有排气帆布筒，每个注浆口处连接有注浆帆布筒；所述充填孔处固定连接有充填管路；所述预留孔处连接有穿杆帆布筒，所述穿杆帆布筒与对拉锚杆之间通过尼龙扎带或细铁丝扎紧。通过使注浆口的数量为两个，可以同时利用两个注浆口向充填袋内进行注浆作业，从而有效的提高了注浆效率；另外，还可以选择不同的注浆口进行注浆作业，以使充填体更容易接顶。通过使排气口的数量为两个，不仅可以提高排气效率，还能有效的提高排气效果；通过注浆帆布筒的设置，能方便的与注浆管路相连接，从而能使注浆过程更方便的进行，另外，在注浆完毕后，还可以方便的利用束紧件来扎紧注浆帆布筒，从而可以便捷的实现注浆口的封闭；通过充填管路的设置，能方便的与充填管路进行连接，从而能更方便的实现矸石混凝土的泵送作业；通过排气帆布筒的设置，能在注浆完毕后，方便的利用束紧件来扎紧排气帆布筒，从而能方便的实现排气口的封闭；通过穿杆帆布筒的设置，能方便的利用束紧件来封闭预留孔与对拉锚杆之间的间隙。

本发明中，通过在待充填区域两侧设置两排单体液压支柱，可以利用其支护作用来有效的确保充填区域的安全性，还可以为钢筋网的布置提供支撑体。通过在充填袋中设置有刚性的抗剪支撑机构，能够有效提高充填结构的承重能力，并能显著提高充填结构的抗变形能力；使抗剪支撑机构由竖向设置的钢管、横向设置的多根圆孔套筒和插装于多根圆孔套筒中的多根对拉锚杆组成，可以与高水速凝材料充分的接触，从而提高了整体的结合强度；使钢管的内部充填有矸石混凝土，可以促进废物的再利用过程，降低了充填成本，同时，还能有利于降低环境的污染；另外，还可以充分利用矸石混凝土的力学性能高于高水速凝材料的特性，以有效的提高钢管抵抗屈曲变形的能力，且能够达到钢管对矸石混凝土柱的围压侧限效果，从而可以在整体上能够大幅提升充填结构的承载强度与抵抗变形的能力，能有效提高充填结构切落顶板转移上覆岩层载荷传递的作用效果，克服了传统的充填结构强度低、刚度差及变形大的问题，避免了在大采高时容易发生剪切破坏，以及侧向变形的情况发生。利用梯子梁、托盘和螺母将两侧的钢筋网、对拉锚杆和钢管结合成整体，能充分发挥钢筋网对充填袋的支撑作用，从而可以有效确保充填结构的成形效果，确保了充填结构可以有效的接顶，使充填结构可以提供更好的承载力与抵抗变形的能力，从而不需要增加巷旁支护体宽度的方式来提高支护能力。

本发明还提供了一种大采高沿空留巷巷旁充填体构筑方法，包括充填袋、钢管和对拉锚杆；所述充填袋的高度与待充填区域处底板和顶板之间的距离相同，其由具有立体空间的主袋体和设置在主袋体顶部的顶部袋片组成，所述主袋体的顶部开口，所述顶部袋片通过拉链连接于主袋体的顶部开口处，且顶部袋片的相对两端分别开设有排气口和注浆口；所述钢管上端的管身上开设有与其内腔连通的充填孔，其管身上于待充填区域长度方向的两侧各设置有一排圆孔套筒；每排圆孔套筒均由沿钢管高度方向依次分布的多根圆孔套筒组成，每根圆孔套筒均沿待充填区域的宽度方向横向延伸，且通过其中部与钢管固定连接；所述对拉锚杆的两端均设置有外螺纹段；该方法具体包括以下步骤：

S1：确定待充填区域，清理巷道待充填区域处底板上的杂物，并确保底板处于稳定区域；

S2：先在待充填区域两侧对称布置两排单体液压支柱，再在待充填区域周围设置钢筋网，并使钢筋网挂设在单体支柱的内侧，以在待充填区域上方围设出一侧面敞口的待充填墙体填充空间；

S3：先将充填袋由侧面的敞口放置到待充填墙体填充空间中，并打开拉链将顶部袋片取下；再确定好钢管的安放位置，将钢管竖立的放入主袋体中，并使其下端通过充填袋的底部与待充填区域的底板抵接；然后，在待充填墙体填充空间敞口的一侧挂设钢筋网，使待充填墙体填充空间的四周均由钢筋网进行支护；最后，使充填袋四周的侧壁悬挂在其外部四周的钢筋网上；

S4：先调整充填袋，使开设在充填袋上相对两侧的多对预留孔的位置与圆孔套筒的位置一一对应，再将数量与圆孔套筒数量相同的对拉锚杆通过预留孔一一插装于圆孔套筒中，同时，确保每根对拉锚杆的两端分别通过相对应的一对预留孔穿出，再依次穿过位于充填袋外部两侧的钢筋网和设置在两侧钢筋网外部两侧的梯子梁，然后，在对拉锚杆两端的螺纹段依次套装托盘和螺母，以将对拉锚杆固定连接在充填袋外部两侧的钢筋网上；

S5：通过充填孔向钢管的内部充填矸石混凝土，直至充满钢管的内腔；

S6：将顶部袋片通过拉链连接于主袋体的顶部开口处，并利用束紧件将预留孔与对拉锚杆之间的空隙束紧封闭，使充填袋形成一个封闭的充填空间；

S7：从注浆口向充填袋的内部注入高水速凝材料，直至充填袋的顶部完全接触顶板，再利用束紧件将注浆口和排气口束紧封闭；

S8：待高水速凝材料达到所需支护强度时，拆除两侧的单体液压支柱，形成一段充填墙体；

S9：随着开采工作面的不断推进，不断重复S1至S8，继续构筑下一段充填墙体，且保证下一段充填墙体与上一段充填墙体相邻接，以确保各段充填墙体之间的连续性。

进一步，为了使对拉锚杆能够有效的建立高水速凝材料与钢管之间的可靠连接，同时，还能确保充填体的整体能够具有更好的承载强度和优异的抵抗变形能力，在S4中，充填袋上在钢管相对两侧的预留孔均为三对，且高度分别位于煤层开采高度的H/4、H/2、3H/4处。

进一步，为了确保充填区域作业的安全性，在S2中，当煤层采高较高时，矿压显现剧烈，在待充填区域靠近采空区的一侧加装挡矸装置。

进一步，为了在保证充填效果和充填效率的同时，还能有效降低操作人员的劳动负荷，在S5中，利用矸石混凝土泵送装置将矸石混凝土泵送到钢管的内腔中。

作为一种优选，在S6和S7中，所述束紧件为尼龙扎带或细铁丝中的一种。

本方法中，使充填袋的顶部设置有排气孔和注浆口，能方便利用注浆口将高水速凝材料注入到充填袋内部，同时，能够确保充填区域内的气体可以通过排气孔中充分排出，由于充填区域内的气体可以充分排出，可以有效减少高水速凝材料中残留的气体，避免了因气体无法外排时，高水速凝材料无法充满整个充填区域，导致充填墙体无法有效接顶，不能提供足够的承载力的情况发生。使充填袋上设置有等高对称布置的多对预留孔，可以方便安装对拉锚杆，有利于确保对拉锚杆保持水平的状态；同时，也避免了因充填墙体中含有大量的气孔而导致接顶后的充填墙体承载力降低的情况发生。使充填袋的顶部设置有拉链，能在充填袋铺设在底板上后，方便的将钢管布置于充填袋的内部，同时，还能使后续向钢管内泵注矸石混凝土的过程更加便捷。再者，由于拉链位置位于顶部，可以有效减小充填浆体对充填袋的压力，避免了拉链在压力作用下发生炸裂而导致充填浆体流出的情况发生。使钢管的顶部设置有充填孔，能方便的向其内腔中充填矸石混凝土。使钢管的相对两侧均固定连接有纵向分布的多根圆孔套筒，一方面可以在钢管的两侧延伸出横向侧臂，这样，有助于增加钢管与高水速凝材料的结合面积，有利于提高钢管的抵抗屈曲变形的能力。通过在待充填区域两侧设置两排单体液压支柱，不仅可以利用其稳定可靠的支护能力来有效的确保充填区域作业的安全性，还可以避免钢筋网在注浆过程中向外侧移动，有利于维持高水速凝材料凝固前的稳定性，另外，还能便于实现钢筋网的挂接。在钢筋网挂网过程中，先在待充填墙体填充空间留出一侧面为敞口结构，能方便后续充填袋和钢管的放置。通过在钢管相对两侧的多根圆孔套筒中插装多根对拉锚杆，可以通过对拉锚杆实现钢管与外围的钢筋网可靠连接，通过这种结合方式，可起到加固钢管的作用，能避免在充填浆体的过程中钢管发生位移。同时，还可以在注入高水速凝材料后，使钢管与充填材料之间能更充分的连接，有利于形成一个更加稳定的整体，能进一步提高钢管的抵抗屈曲变形的能力，进而极大的提高了钢管与底板、顶板接触的稳定性。利用梯子梁、托盘和螺母将两侧的钢筋网、对拉锚杆和钢管结合成一个整体，能充分发挥钢筋网对充填袋的支撑作用，从而可以有效防止充填袋在注浆时发生侧向变形，以能在整个注浆过程中使充填墙体保持为矩形，进一步确保了充填墙体可以有效的接顶，使充填墙体可以提供更好的承载力与抵抗变形的能力。将钢管设置于充填袋内部，并向钢管内部泵注矸石混凝土，充分利用了矸石混凝土的力学性能高于高水速凝材料的特性，不仅可以有效提高钢管抵抗屈曲变形的能力，且能够达到钢管对矸石混凝土柱的围压侧限效果，从而在整体上能够大幅提升高水充填墙体的承载强度与抵抗变形的能力，有效提高了充填墙体切落顶板转移上覆岩层载荷传递的作用效果，克服高水充填墙体强度低、刚度差及变形大的问题，避免了在大采高时容易发生剪切破坏，以及侧向变形的情况。另外，使用矸石混凝土进行充填，还能促成废物的重新利用，有利于降低环境的污染，同时，还能有效降低施工成本。利用本方法可以通过充填墙体的方式实现沿空留巷，并形成封闭空间，这样，既可以实现充填墙体防止采空区漏风以及挡住采空区瓦斯泄露的作用，又解决了防止钢管矸石混凝土因横截面积小而在大采高巷道容易发生倾倒滑移的效果，最终实现大采高沿空留巷围岩稳定性控制。

本发明步骤简单，操作过程安全可靠，可以就地利用井下的废弃物作为充填材料，有效的降低了充填成本，充分发挥了沿空留巷技术的经济优势，为深部沿空留巷提供了新的发展方向。同时，有助于确保煤矿的安全高效生产工作，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明中充填结构的结构示意图；

图2是图1沿待填充区域宽度方向的剖视图；

图3是图1沿待填充区域长度方向的剖视图；

图4是图1的俯视图。

图中：1、充填袋，2、钢管，3、对拉锚杆，4、圆孔套筒，5、单体液压支柱，6、钢筋网，7、螺母，8、注浆口，9、拉链，10、排气口，11、矸石混凝土，12、高水速凝材料，13、顶板，14、底板，15、充填管路，16、主袋体，17、顶部袋片，18、充填孔，19、注浆帆布筒，20、排气帆布筒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，一种大采高沿空留巷巷旁充填结构，包括单体液压支柱5、钢筋网6和充填袋1；

多根单体液压支柱5分为两排，且分别竖向的支设于待充填区域宽度方向两端的外侧；

多块钢筋网6依次设置在待充填区域的周围，且挂设在单体液压支柱5的内侧，并于待充填区域的上方围设出待充填墙体的立体填充空间；

所述充填袋1为具有封闭空间的立体结构，其高度与待充填区域处底板14和顶板13之间的距离相同；充填袋1设置在立体填充空间中，其底部与待充填区域的底板14抵接，其四周的侧壁与外部四周的钢筋网6连接，其顶部与待充填区域的顶板13抵接，其内部的中心设置有抗剪支撑机构，其内部在抗剪支撑机构以外的部分由高水速凝材料12充满；

所述抗剪支撑机构由钢管2、圆孔套筒4和对拉锚杆3组成；所述钢管2竖直的设置，其高度与充填袋1的高度相适配，其下端通过充填袋1的底部与待充填区域的底板14抵接，其上端的管身上开设有与其内腔连通的充填孔18，其内部充满矸石混凝土11；多根圆孔套筒4分为两组，且分别设置在待充填区域长度方向上的相对两侧；每组中的多根圆孔套筒4均沿钢管2的高度方向依次分布，且每根圆孔套筒4均沿待充填区域的宽度方向横向延伸，并通过中部与钢管2固定连接；所述对拉锚杆3的两端均设置有外螺纹段，对拉锚杆3的数量与圆孔套筒4的数量相同，且一一对应的插装于圆孔套筒4中，且其两端分别通过开设在充填袋1上相对两侧的一对预留孔穿出，再依次穿过位于充填袋1外部两侧的钢筋网6、位于两侧钢筋网6外部两侧的梯子梁和位于两侧梯子梁外部两侧的托盘，然后通过螺纹配合与位于两侧托盘外部的螺母7连接。

所述充填袋1由具有立体空间的主袋体16和设置在主袋体16顶部的顶部袋片17组成，所述主袋体16的顶部开口，所述顶部袋片17通过拉链9连接于主袋体16的顶部开口处，且其长度方向相对的两端分别开设有排气口10和注浆口8。使充填袋的顶部设置有拉链，能在充填袋铺设在底板上后，方便的将抗剪支撑机构布置于充填袋的内部，同时，还能使后续向钢管内泵注矸石混凝土的过程更加便捷。再者，由于拉链位置位于顶部，可以有效减小充填浆体对充填袋的压力，避免了拉链在压力作用下发生炸裂而导致充填浆体流出的情况发生。使充填袋的顶部设置有排气孔和注浆口，能方便利用注浆口将高水速凝材料注入到充填袋内部，同时，能够确保充填区域内的气体可以通过排气孔中充分排出，由于充填区域内的气体可以充分排出，可以有效减少高水速凝材料中残留的气体，避免了因气体无法外排时，高水速凝材料无法充满整个充填区域，导致充填墙体无法有效接顶，不能提供足够的承载力的情况发生。

所述钢管2的管身上于靠近其上端的部分开设有与其内腔连通的充填孔18。使钢管的顶部设置有充填孔，能方便的向其内腔中充填矸石混凝土。

所述圆孔套筒4的数量为六根，且每组三根，每组的三根圆孔套筒4分别位于煤层开采高度的H/4、H/2、3H/4处。通过使每侧的三根圆孔套筒分别位于煤层开采高度的H/4、H/2、3H/4处，可以有效提高充填结构的承载能力，同时，能使充填结构具有更好的抵抗变形能力，进而可以提供更好的支护效果。

所述排气口10和注浆口8的数量均为两个，且每个排气口10处连接有排气帆布筒20，每个注浆口8处连接有注浆帆布筒19；所述充填孔18处固定连接有充填管路15；所述预留孔处连接有穿杆帆布筒，所述穿杆帆布筒与对拉锚杆3之间通过尼龙扎带或细铁丝扎紧。作为一种优选，两个排气口10和两个注浆口8分别位于顶部袋片17宽度方向的两端；通过使注浆口的数量为两个，可以同时利用两个注浆口向充填袋内进行注浆作业，从而有效的提高了注浆效率；另外，还可以选择不同的注浆口进行注浆作业，以使充填体更容易接顶。通过使排气口的数量为两个，不仅可以提高排气效率，还能有效的提高排气效果；通过注浆帆布筒的设置，能方便的与注浆管路相连接，从而能使注浆过程更方便的进行，另外，在注浆完毕后，还可以方便的利用束紧件来扎紧注浆帆布筒，从而可以便捷的实现注浆口的封闭；通过充填管路的设置，能方便的与充填管路进行连接，从而能更方便的实现矸石混凝土的泵送作业；通过排气帆布筒的设置，能在注浆完毕后，方便的利用束紧件来扎紧排气帆布筒，从而能方便的实现排气口的封闭；通过穿杆帆布筒的设置，能方便的利用束紧件来封闭预留孔与对拉锚杆之间的间隙。

在该技术方案中，通过在待充填区域两侧设置两排单体液压支柱，可以利用其支护作用来有效的确保充填区域的安全性，还可以为钢筋网的布置提供支撑体。通过在充填袋中设置有刚性的抗剪支撑机构，能够有效提高充填结构的承重能力，并能显著提高充填结构的抗变形能力；使抗剪支撑机构由竖向设置的钢管、横向设置的多根圆孔套筒和插装于多根圆孔套筒中的多根对拉锚杆组成，可以与高水速凝材料充分的接触，从而提高了整体的结合强度；使钢管的内部充填有矸石混凝土，可以促进废物的再利用过程，降低了充填成本，同时，还能有利于降低环境的污染；另外，还可以充分利用矸石混凝土的力学性能高于高水速凝材料的特性，以有效的提高钢管抵抗屈曲变形的能力，且能够达到钢管对矸石混凝土柱的围压侧限效果，从而可以在整体上能够大幅提升充填结构的承载强度与抵抗变形的能力，能有效提高充填结构切落顶板转移上覆岩层载荷传递的作用效果，克服了传统的充填结构强度低、刚度差及变形大的问题，避免了在大采高时容易发生剪切破坏，以及侧向变形的情况发生。利用梯子梁、托盘和螺母将两侧的钢筋网、对拉锚杆和钢管结合成整体，能充分发挥钢筋网对充填袋的支撑作用，从而可以有效确保充填结构的成形效果，确保了充填结构可以有效的接顶，使充填结构可以提供更好的承载力与抵抗变形的能力，从而不需要增加巷旁支护体宽度的方式来提高支护能力。

本发明还提供了一种大采高沿空留巷巷旁充填体构筑方法，包括充填袋1、钢管2和对拉锚杆3；所述充填袋1的高度与待充填区域处底板14和顶板13之间的距离相同，其由具有立体空间的主袋体16和设置在主袋体16顶部的顶部袋片17组成，所述主袋体16的顶部开口，所述顶部袋片17通过拉链9连接于主袋体16的顶部开口处，且顶部袋片17的相对两端分别开设有排气口10和注浆口8；所述钢管2上端的管身上开设有与其内腔连通的充填孔18，其管身上于待充填区域长度方向的两侧各设置有一排圆孔套筒4；每排圆孔套筒4均由沿钢管2高度方向依次分布的多根圆孔套筒4组成，每根圆孔套筒4均沿待充填区域的宽度方向横向延伸，且通过其中部与钢管2固定连接；所述对拉锚杆3的两端均设置有外螺纹段；该方法具体包括以下步骤：

S1：确定待充填区域，清理巷道待充填区域处底板14上的杂物，杂物包括煤渣、碎石等，并确保底板14处于稳定区域；

S2：先在待充填区域两侧对称布置两排单体液压支柱5，再在待充填区域周围设置钢筋网6，并使钢筋网6挂设在单体支柱5的内侧，以在待充填区域上方围设出一侧面敞口的待充填墙体填充空间；

S3：先将充填袋1由侧面的敞口放置到待充填墙体填充空间中，并打开拉链9将顶部袋片17取下；再确定好钢管2的安放位置，将钢管2竖立的放入主袋体16中，并使其下端通过充填袋1的底部与待充填区域的底板14抵接；然后，在待充填墙体填充空间敞口的一侧挂设钢筋网6，使待充填墙体填充空间的四周均由钢筋网6进行支护；最后，使充填袋1四周的侧壁悬挂在其外部四周的钢筋网6上；

S4：先调整充填袋1，使开设在充填袋1上相对两侧的多对预留孔的位置与圆孔套筒4的位置一一对应，再将数量与圆孔套筒4数量相同的对拉锚杆3通过预留孔一一插装于圆孔套筒4中，同时，确保每根对拉锚杆3的两端分别通过相对应的一对预留孔穿出，再依次穿过位于充填袋1外部两侧的钢筋网6和设置在两侧钢筋网6外部两侧的梯子梁，然后，在对拉锚杆3两端的螺纹段依次套装托盘和螺母7，以将对拉锚杆3固定连接在充填袋1外部两侧的钢筋网6上；

S5：通过充填孔18向钢管2的内部充填矸石混凝土11，直至充满钢管2的内腔；

S6：将顶部袋片17通过拉链9连接于主袋体16的顶部开口处，并利用束紧件将预留孔与对拉锚杆3之间的空隙束紧封闭，使充填袋1形成一个封闭的充填空间；

S7：从注浆口8向充填袋1的内部注入高水速凝材料12，直至充填袋1的顶部完全接触顶板13，再利用束紧件将注浆口8和排气口10束紧封闭；

S8：待高水速凝材料12达到所需支护强度时，拆除两侧的单体液压支柱5，形成一段充填墙体；

S9：随着开采工作面的不断推进，不断重复S1至S8，继续构筑下一段充填墙体，且保证下一段充填墙体与上一段充填墙体相邻接，以确保各段充填墙体之间的连续性。

为了使对拉锚杆能够有效的建立高水速凝材料与钢管之间的可靠连接，同时，还能确保充填体的整体能够具有更好的承载强度和优异的抵抗变形能力，在S4中，充填袋1上在钢管2相对两侧的预留孔均为三对，且高度分别位于煤层开采高度的H/4、H/2、3H/4处。

为了确保充填区域作业的安全性，在S2中，当煤层采高较高时，矿压显现剧烈，在待充填区域靠近采空区的一侧加装挡矸装置。

为了在保证充填效果和充填效率的同时，还能有效降低操作人员的劳动负荷，在S5中，利用矸石混凝土泵送装置将矸石混凝土11泵送到钢管2的内腔中。

作为一种优选，在S6和S7中，所述束紧件为尼龙扎带或细铁丝中的一种。

本方法中，使充填袋的顶部设置有排气孔和注浆口，能方便利用注浆口将高水速凝材料注入到充填袋内部，同时，能够确保充填区域内的气体可以通过排气孔中充分排出，由于充填区域内的气体可以充分排出，可以有效减少高水速凝材料中残留的气体，避免了因气体无法外排时，高水速凝材料无法充满整个充填区域，导致充填墙体无法有效接顶，不能提供足够的承载力的情况发生。使充填袋上设置有等高对称布置的多对预留孔，可以方便安装对拉锚杆，有利于确保对拉锚杆保持水平的状态；同时，也避免了因充填墙体中含有大量的气孔而导致接顶后的充填墙体承载力降低的情况发生。使充填袋的顶部设置有拉链，能在充填袋铺设在底板上后，方便的将钢管布置于充填袋的内部，同时，还能使后续向钢管内泵注矸石混凝土的过程更加便捷。再者，由于拉链位置位于顶部，可以有效减小充填浆体对充填袋的压力，避免了拉链在压力作用下发生炸裂而导致充填浆体流出的情况发生。使钢管的顶部设置有充填孔，能方便的向其内腔中充填矸石混凝土。使钢管的相对两侧均固定连接有纵向分布的多根圆孔套筒，一方面可以在钢管的两侧延伸出横向侧臂，这样，有助于增加钢管与高水速凝材料的结合面积，有利于提高钢管的抵抗屈曲变形的能力。通过在待充填区域两侧设置两排单体液压支柱，不仅可以利用其稳定可靠的支护能力来有效的确保充填区域作业的安全性，还可以避免钢筋网在注浆过程中向外侧移动，有利于维持高水速凝材料凝固前的稳定性，另外，还能便于实现钢筋网的挂接。在钢筋网挂网过程中，先在待充填墙体填充空间留出一侧面为敞口结构，能方便后续充填袋和钢管的放置。通过在钢管相对两侧的多根圆孔套筒中插装多根对拉锚杆，可以通过对拉锚杆实现钢管与外围的钢筋网可靠连接，通过这种结合方式，可起到加固钢管的作用，能避免在充填浆体的过程中钢管发生位移。同时，还可以在注入高水速凝材料后，使钢管与充填材料之间能更充分的连接，有利于形成一个更加稳定的整体，能进一步提高钢管的抵抗屈曲变形的能力，进而极大的提高了钢管与底板、顶板接触的稳定性。利用梯子梁、托盘和螺母将两侧的钢筋网、对拉锚杆和钢管结合成一个整体，能充分发挥钢筋网对充填袋的支撑作用，从而可以有效防止充填袋在注浆时发生侧向变形，以能在整个注浆过程中使充填墙体保持为矩形，进一步确保了充填墙体可以有效的接顶，使充填墙体可以提供更好的承载力与抵抗变形的能力。将钢管设置于充填袋内部，并向钢管内部泵注矸石混凝土，充分利用了矸石混凝土的力学性能高于高水速凝材料的特性，不仅可以有效提高钢管抵抗屈曲变形的能力，且能够达到钢管对矸石混凝土柱的围压侧限效果，从而在整体上能够大幅提升高水充填墙体的承载强度与抵抗变形的能力，有效提高了充填墙体切落顶板转移上覆岩层载荷传递的作用效果，克服高水充填墙体强度低、刚度差及变形大的问题，避免了在大采高时容易发生剪切破坏，以及侧向变形的情况。另外，使用矸石混凝土进行充填，还能促成废物的重新利用，有利于降低环境的污染，同时，还能有效降低施工成本。利用本方法可以通过充填墙体的方式实现沿空留巷，并形成封闭空间，这样，既可以实现充填墙体防止采空区漏风以及挡住采空区瓦斯泄露的作用，又解决了防止钢管矸石混凝土因横截面积小而在大采高巷道容易发生倾倒滑移的效果，最终实现大采高沿空留巷围岩稳定性控制。

本发明步骤简单，操作过程安全可靠，可以就地利用井下的废弃物作为充填材料，有效的降低了充填成本，充分发挥了沿空留巷技术的经济优势，为深部沿空留巷提供了新的发展方向。同时，有助于确保煤矿的安全高效生产工作，具有广阔的应用前景。

Claims (10)

1.一种大采高沿空留巷巷旁充填结构，包括单体液压支柱(5)、钢筋网(6)和充填袋(1)，其特征在于；

多根单体液压支柱(5)分为两排，且分别竖向的支设于待充填区域宽度方向两端的外侧；

多块钢筋网(6)依次设置在待充填区域的周围，且挂设在单体液压支柱(5)的内侧，并于待充填区域的上方围设出待充填墙体的立体填充空间；

所述充填袋(1)为具有封闭空间的立体结构，其高度与待充填区域处底板(14)和顶板(13)之间的距离相同；充填袋(1)设置在立体填充空间中，其底部与待充填区域的底板(14)抵接，其四周的侧壁与外部四周的钢筋网(6)连接，其顶部与待充填区域的顶板(13)抵接，其内部的中心设置有抗剪支撑机构，其内部在抗剪支撑机构以外的部分由高水速凝材料(12)充满；

所述抗剪支撑机构由钢管(2)、圆孔套筒(4)和对拉锚杆(3)组成；所述钢管(2)竖直的设置，其高度与充填袋(1)的高度相适配，其下端通过充填袋(1)的底部与待充填区域的底板(14)抵接，其内部充满矸石混凝土(11)；多根圆孔套筒(4)分为两组，且分别设置在待充填区域长度方向上的相对两侧；每组中的多根圆孔套筒(4)均沿钢管(2)的高度方向依次分布，且每根圆孔套筒(4)均沿待充填区域的宽度方向横向延伸，并通过中部与钢管(2)固定连接；所述对拉锚杆(3)的两端均设置有外螺纹段，对拉锚杆(3)的数量与圆孔套筒(4)的数量相同，且一一对应的插装于圆孔套筒(4)中，且其两端分别通过开设在充填袋(1)上相对两侧的一对预留孔穿出，再依次穿过位于充填袋(1)外部两侧的钢筋网(6)、位于两侧钢筋网(6)外部两侧的梯子梁和位于两侧梯子梁外部两侧的托盘，然后通过螺纹配合与位于两侧托盘外部的螺母(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种大采高沿空留巷巷旁充填结构，其特征在于，所述充填袋(1)由具有立体空间的主袋体(16)和设置在主袋体(16)顶部的顶部袋片(17)组成，所述主袋体(16)的顶部开口，所述顶部袋片(17)通过拉链(9)连接于主袋体(16)的顶部开口处，且其长度方向相对的两端分别开设有排气口(10)和注浆口(8)。

3.根据权利要求1或2所述的一种大采高沿空留巷巷旁充填结构，其特征在于，所述钢管(2)的管身上于靠近其上端的部分开设有与其内腔连通的充填孔(18)。

4.根据权利要求3所述的一种大采高沿空留巷巷旁充填结构，其特征在于，所述圆孔套筒(4)的数量为六根，且每组三根，每组的三根圆孔套筒(4)分别位于煤层开采高度的H/4、H/2、3H/4处。

5.根据权利要求4所述的一种大采高沿空留巷巷旁充填结构，其特征在于，所述排气口(10)和注浆口(8)的数量均为两个，且每个排气口(10)处连接有排气帆布筒(20)，每个注浆口(8)处连接有注浆帆布筒(19)；所述充填孔(18)处固定连接有充填管路(15)；所述预留孔处连接有穿杆帆布筒，所述穿杆帆布筒与对拉锚杆(3)之间通过尼龙扎带或细铁丝扎紧。

6.一种大采高沿空留巷巷旁充填体构筑方法，包括充填袋(1)、钢管(2)和对拉锚杆(3)；所述充填袋(1)的高度与待充填区域处底板(14)和顶板(13)之间的距离相同，其由具有立体空间的主袋体(16)和设置在主袋体(16)顶部的顶部袋片(17)组成，所述主袋体(16)的顶部开口，所述顶部袋片(17)通过拉链(9)连接于主袋体(16)的顶部开口处，且顶部袋片(17)的相对两端分别开设有排气口(10)和注浆口(8)；所述钢管(2)上端的管身上开设有与其内腔连通的充填孔(18)，其管身上于待充填区域长度方向的两侧各设置有一排圆孔套筒(4)；每排圆孔套筒(4)均由沿钢管(2)高度方向依次分布的多根圆孔套筒(4)组成，每根圆孔套筒(4)均沿待充填区域的宽度方向横向延伸，且通过其中部与钢管(2)固定连接；所述对拉锚杆(3)的两端均设置有外螺纹段；其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：确定待充填区域，清理巷道待充填区域处底板(14)上的杂物，并确保底板(14)处于稳定区域；

S2：先在待充填区域两侧对称布置两排单体液压支柱(5)，再在待充填区域周围设置钢筋网(6)，并使钢筋网(6)挂设在单体支柱(5)的内侧，以在待充填区域上方围设出一侧面敞口的待充填墙体填充空间；

S3：先将充填袋(1)由侧面的敞口放置到待充填墙体填充空间中，并打开拉链(9)将顶部袋片(17)取下；再确定好钢管(2)的安放位置，将钢管(2)竖立的放入主袋体(16)中，并使其下端通过充填袋(1)的底部与待充填区域的底板(14)抵接；然后，在待充填墙体填充空间敞口的一侧挂设钢筋网(6)，使待充填墙体填充空间的四周均由钢筋网(6)进行支护；最后，使充填袋(1)四周的侧壁悬挂在其外部四周的钢筋网(6)上；

S4：先调整充填袋(1)，使开设在充填袋(1)上相对两侧的多对预留孔的位置与圆孔套筒(4)的位置一一对应，再将数量与圆孔套筒(4)数量相同的对拉锚杆(3)通过预留孔一一插装于圆孔套筒(4)中，同时，确保每根对拉锚杆(3)的两端分别通过相对应的一对预留孔穿出，再依次穿过位于充填袋(1)外部两侧的钢筋网(6)和设置在两侧钢筋网(6)外部两侧的梯子梁，然后，在对拉锚杆(3)两端的螺纹段依次套装托盘和螺母(7)，以将对拉锚杆(3)固定连接在充填袋(1)外部两侧的钢筋网(6)上；

S5：通过充填孔(18)向钢管(2)的内部充填矸石混凝土(11)，直至充满钢管(2)的内腔；

S6：将顶部袋片(17)通过拉链(9)连接于主袋体(16)的顶部开口处，并利用束紧件将预留孔与对拉锚杆(3)之间的空隙束紧封闭，使充填袋(1)形成一个封闭的充填空间；

S7：从注浆口(8)向充填袋(1)的内部注入高水速凝材料(12)，直至充填袋(1)的顶部完全接触顶板(13)，再利用束紧件将注浆口(8)和排气口(10)束紧封闭；

S8：待高水速凝材料(12)达到所需支护强度时，拆除两侧的单体液压支柱(5)，形成一段充填墙体；

S9：随着开采工作面的不断推进，不断重复S1至S8，继续构筑下一段充填墙体，且保证下一段充填墙体与上一段充填墙体相邻接，以确保各段充填墙体之间的连续性。

7.根据权利要求6所述的一种大采高沿空留巷巷旁充填体构筑方法，其特征在于，在S4中，充填袋(1)上在钢管(2)相对两侧的预留孔均为三对，且高度分别位于煤层开采高度的H/4、H/2、3H/4处。

8.根据权利要求7所述的一种大采高沿空留巷巷旁充填体构筑方法，其特征在于，在S2中，当煤层采高较高时，矿压显现剧烈，在待充填区域靠近采空区的一侧加装挡矸装置。

9.根据权利要求8所述的一种大采高沿空留巷巷旁充填体构筑方法，其特征在于，在S5中，利用矸石混凝土泵送装置将矸石混凝土(11)泵送到钢管(2)的内腔中。

10.根据权利要求9所述的一种大采高沿空留巷巷旁充填体构筑方法，其特征在于，在S6和S7中，所述束紧件为尼龙扎带或细铁丝中的一种。

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