CN116517619A - 一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统及支护方法 - Google Patents
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Abstract
一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统及支护方法，系统：若干上区段已填充柔性半模板依次安装在上区段运输巷道中；若干工作面液压支架并排地设置在本区段工作面中；单体液压支架装置设置于本区段运输巷道中靠近本区段采空区的非回采侧，且位于所在区域中工作面液压支架的后方；柔性半模板设置在与单体液压支架装置并排地设置；充填材料制备运输单元由充填泵站、搅拌机、固废物浆液输送管道、水泥车、破碎机和上料机组成。方法：预留出柔性半模板的挂设空间；利用液压单体支柱装置进行支护；充填材料的制备；柔性模袋的泵送充填；液压单体支柱装置的收缩和前移；下区段回风巷道的掘进。该系统和方法能利用形成的柔性半模板对本区段进行可靠的支护。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采技术领域，尤其是涉及一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统及支护方法。
背景技术
随着深部煤矿资源的逐步开发，冲击地压灾害日益加剧，其已成为严重制约煤矿安全高效开采的主要灾害形式，也成为了采矿学界广泛关注并开展研究工作的热点，但其目前仍然是世界性难题，迫切需要找到一套切实有效的治理办法。
在传统的巷道掘进过程中，相邻区段间一般留设15～30m的保护煤柱，以能够保证工作面实现顺序回采，确保采掘接替正常；但这样不仅会造成煤炭资源的大量浪费，而且随着矿井开采深度的增加，宽煤柱易形成应力集中的情况，进而会引发煤柱型冲击地压灾害，给矿井生产带来巨大的安全隐患。
随着无煤柱开采技术的不断发展，越来越多的煤矿开始使用留窄小煤柱的掘巷技术，该技术基于侧向顶板断裂后形成的内外应力场理论，将下一工作面的巷道布置在上一个工作面本区段采空区附近的应力降低区内，并留设3～5m的保护煤柱，这样不但提高了煤炭采出率，大大减少了资源的浪费情况，而且有效的降低了煤柱型冲击地压危险。然而，虽然目前留窄小煤柱的掘巷技术已经在现场得到了成功应用，但仍然存在以下几个问题：首先，为降低动压影响，下一工作面巷道要在相邻工作面本区段采空区覆岩运动稳定后才能开始掘进，容易给矿井带来采掘接替紧张的问题；而且随着当前矿井开采强度的日益提高，这一问题在越来越多的矿井中变得日益严重，已经成为了制约矿井高效开采的瓶颈。其次，由于掘进巷道距离本区段采空区较近，虽然小煤柱处于应力的降低区，但侧向支承压力仍高于煤柱的承载能力，小煤柱容易发生变形破坏，而在当前的支护体系下，难以提高煤柱的承载力，且两侧过多的锚杆索孔会破坏煤柱本身的整体性，小煤柱容易发生全宽度上的失稳破坏，因此，太多小煤柱存在帮鼓变形严重、煤壁出现整体滑移的现象，巷道不但会产生大变形，还会造成本区段采空区漏风和火灾等严重问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统及支护方法，该系统能够方便地在巷道中充填构筑柔性半模板，并能利用形成的柔性半模板对本区段进行可靠的支护，能确保本区段回采作业的安全进行。该方法工艺简单，易于操作，实施安全，适用范围广，可靠性高，能同时解决矿井废弃物的处理问题、采掘接替紧张问题、小煤柱容易发生的失稳破坏等问题，其能为矿井创造较好的经济和社会效益，有着较好的推广、实用价值。
为了实现上述目的，本发明提供了一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统，包括设置在靠近上区段一侧的本区段回风巷道和设置在靠近下区段一侧的本区段运输巷道，还包括若干上区段已填充柔性半模板、挂模锚杆单元、单体液压支架装置、柔性半模板和充填材料制备运输单元；
若干上区段已填充柔性半模板依次安装在上区段运输巷道中，且与本区段回风巷道相邻地设置；其中，每个上区段已填充柔性半模板均与上区段运输巷道的顶板、底板和靠近本区段回风巷道一侧的帮部密实接触；
所述挂模锚杆单元设置于本区段运输巷道中远离本区段采空区的一侧，其由若干顶板锚杆、若干顶板锚索和若干帮部锚杆组成，若干顶板锚杆沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道的顶板上，若干顶板锚索沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道的顶板上，且顶板锚杆和顶板锚索之间相间隔地设置；若干帮部锚杆沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道的非充填侧煤帮上；
若干工作面液压支架并排地设置在本区段工作面中，且位于本区段采空区已填充部分的前侧，其中靠上区段的一个工作面液压支架位于本区段回风巷道中靠近本区段采空区的一侧，其中靠下区段的一个工作面液压支架位于本区段运输巷道中靠近本区段采空区的一侧；
所述单体液压支架装置设置于本区段运输巷道中靠近本区段采空区的非回采侧，且位于所在区域中工作面液压支架的后方；单体液压支架装置由底座、垂直液压支柱、顶梁、空心支护板、水平液压支柱、上侧挡板一、下侧挡板一、上侧挡板二和下侧挡板二组成；所述底座的前端为向上弧形弯曲的结构，且底座的前端通过连轴与前侧的工作面液压支架连接；六个垂直液压支柱呈两列三排地排布，且垂直液压支柱的固定端固定连接在底座的上端面上；所述顶梁水平地设置在底座的上方，且其下端面与若干垂直液压支柱的伸缩端固定连接；所述空心支护板的尺寸与顶梁的尺寸相适配，且固定连接在顶梁的上端，空心支护板的上部在对应顶板上锚杆的位置开设有与锚杆尺寸相适配的若干预留孔；四个水平液压支柱均匀地分为两组，每组中的两个水平液压支柱在竖向上相间隔地分布，且设置在相邻两排垂直液压支柱之间的空间中，同时，每组中位于上部的水平液压支柱的固定端通过上立式支架与顶梁固定连接，每组中位于下部的水平液压支柱的固定端通过下立式支架与底座固定连接；所述上侧挡板一和下侧挡板一上下相对地设置，且位于底座的后端，上侧挡板一的上端与顶梁的后端固定连接，下侧挡板一的下端与底座的后端固定连接；所述上侧挡板二和下侧挡板二上下相对地设置，且位于水平液压支柱伸缩端的一侧，上侧挡板二与位于上侧的两个水平液压支柱的伸缩端固定连接，下侧挡板二与位于下侧的两个水平液压支柱的伸缩端固定连接；
所述柔性半模板设置在设置于本区段运输巷道中远离本区段采空区的一侧，且与单体液压支架装置并排地设置；柔性半模板由柔性模袋、顶部绳索、侧边绳索和网状尼龙绳组成；所述柔性模袋为中空的长方体形状，其正面上方开设有与其内腔相连通的注浆口，多根顶部绳索均匀地连接在柔性模袋的顶部，且其自由端分别与其所在区域上方的多根顶板锚杆和多根顶板锚索连接；多根侧边绳索均匀地连接在柔性模袋靠近下区段一侧的侧面上，且其自由端分别与其所在区域侧部的多根帮部锚杆连接；多根网状尼龙绳均匀地分布在柔性模袋的内腔中，且每根网状尼龙绳均倾斜地设置，且其两端分别与柔性模袋相对的两侧面连接；
所述充填材料制备运输单元由充填泵站、搅拌机、固废物浆液输送管道、水泥车、破碎机和上料机组成，所述充填泵站设置在本区段工作面后方的本区段运输巷道附近，其出料口通过泵注软管与柔性模袋上的注浆口连接，用于将所接收到的物料泵入到本区段工作面后方的柔性模袋中；所述搅拌机设置在本区段工作面前方的本区段回采巷道中，用于对固废物料和水进行搅拌，并形成固废浆料；所述固废物浆液输送管道的进料端与搅拌机的出料口连接，其出料端与充填泵站连接，用于将固废物浆液输送到充填泵站中；所述水泥车设置在本区段运输巷道中，用于将水泥运输到充填泵站中；所述破碎机设置在本区段工作面前方的本区段回采巷道中，用于将大块固废材料破碎成小颗粒固废材料；所述上料机为皮带运输机，其进料端与破碎机的出料端连接，其出料端与搅拌机的进料口连接。
所述上侧挡板一的上端通过上挂环连接在顶梁；下侧挡板一的下端通过下挂环连接在底座。
进一步，为了方便小幅度地调整液压单体支柱装置的位置，所述连轴为横向设置的伸缩液压缸。
作为一种优选，所述柔性模袋采用本质安全型的橡胶或环保PVC材料或塑料制成。
本发明中，通过在上区段运输巷道中设置已填充柔性半模板，可以对本区段回风巷道所在区域的上覆围岩进行可靠的支撑，从而可以确保本区段回风巷道处上覆围岩的稳定，能为本区段工作面的回采提供可靠的保障。在本区段工作面的采空区已填充部分的前侧利用并排设置的若干个工作面液压支架进行支撑，能够确保本区段工作面回采过程安全有序的进行。使并排设置的若干个工作面液压支架的两端部的两个工作面液压支架分别位于本区段回风巷道中靠本区段采空区的一侧和位于本区段运输巷道中靠本区段采空区的一侧，可以在回采过程中，利用工作面液压支架对本区段回风巷道和本区段运输巷道进行可靠的支护，从而能进一步确保本区段回采作业的安全。将单体液压支架装置设置在本区段运输巷道中，并位于所在区域工作面液压支架的后方，可以利用单体液压支架装置进一步加强对本区段运输巷道顶板的支护，同时，可以为后续设置的未达到额定凝固强度的柔性半模板分担荷载，有利于确保柔性半模板的可靠接顶。通过若干垂直液压支柱的设置，能方便地控制顶梁在竖向上的位移，进而可以适应不同高度巷道的支护需求，同时，还可以便于在收缩状态下进行单体液压支架装置的移动。使底座的前端为向上弧形弯曲的结构，能确保在不平整路况下单体液压支架装置能够顺利的前移。通过上侧挡板一和下侧挡板一的设置，能有效防止后方的碎石进入单体液压支架装置的内部。通过上侧挡板二和下侧挡板二的设置，能有效防止靠近本区段采空区一侧的碎石进入单体液压支架装置的内部。通过水平液压支柱的设置，能方便的调整上侧挡板二和下侧挡板二向外部的伸缩量，进而可以根据不同的需求调整上侧挡板二和下侧挡板二的位置。将柔性半模板设置在本区段运输巷道中，且位于单体液压支架装置的后方，可以便于在本区段运输巷道中充填构筑柔性半模板，进而可以有助于利用柔性半模板替代窄煤柱对本区段运输巷道的顶板进行可靠的支护。通过顶部绳索和侧边绳索的设置，能确保柔性模袋可以牢固地挂设于填充空间中，可确保后续填充过程中的可靠进行。通过多根网状尼龙绳的设置能够有效减小在后续充填过程中柔性模袋的变形量，可防止在充填过程中出现鼓包坍塌的情况。在本区段回采巷道中设置破碎机，能方便地将大块固废材料在井下进行破碎，进而有利于减少运输的成本和时间。在本区段回采巷道中设置搅拌机，能方便地在井下对固废材料和水进行固废浆料的制备。通过上料机的设置，能方便将破碎后的固废材料运输至搅拌机中。通过水泥车的设置，能方便的将水泥运输至充填泵站中。通过充填泵站的设置，不仅能方便对固废浆料和水泥进行搅拌形成充填材料，还能方便对柔性模袋进行充填材料的泵注，从而能便于快速构筑柔性模板。该柔性半板板系统能够方便地在巷道中充填构筑柔性半模板，并能利用形成的柔性半模板对本区段进行可靠的支护，能确保本区段回采作业的安全进行。同时，通过在巷道中充填构筑柔性半模板，可不需要在巷道中预留窄煤柱，这样不仅提高了开采效率，还同时解决了采掘接替紧张的问题、太多小煤柱存在所导致的帮鼓变形严重、煤壁出现整体滑移的问题。
本发明还提供了一种矸石固废胶凝充填柔性半模板的支护方法，采用一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统，包括以下步骤：
步骤一：充填柔性半模板参数的确定；
根据相邻工作面的矿压显现的规律和巷道的使用要求，确定确定本区段运输巷道中柔性半模板的尺寸数量和充填材料的类型；
步骤二：巷道的补强支护；
对本区段运输巷道进行补强加固，在巷道顶板上补打多根顶板锚杆和多根顶板锚索，利用多根顶板锚杆和多根顶板锚索共同对巷道顶板进行加固；在巷道另一侧的煤帮处补打多根帮部锚杆，利用多根帮部锚杆对巷道帮部进行加固；同时，利用多根顶板锚杆、多根顶板锚索和多根帮部锚杆形成挂模锚杆单元；
步骤三：预留出柔性半模板的挂设空间；
随着本区段工作面的回采，将若干工作面液压支架向采煤面方向同步移动一定距离，直至在本区段运输巷靠下区段的非回采侧预留出放置柔性半模板的空间；
步骤四：柔性模袋的挂设；
将柔性模袋放置在预留出的空间中，采用人工的方式铺挂柔性模袋，将柔性模袋上的多根顶部绳索与该空间中的多根顶板锚杆和多根顶板锚索进行连接，将柔性模袋上的多根侧边绳索分别与多根帮部锚杆进行连接，并确保柔性模袋分别与顶板、底板和巷旁紧贴密封地接触；该过程中，利用设置在柔性模袋内的多根网状尼龙绳来确保柔性模袋的成型，以避免充填柔性半模板发生鼓包坍塌的情况；
步骤五：利用液压单体支柱装置进行支护；
S51：先将液压单体支柱装置置于本区段运输巷的非回采侧，并置于本区段运输巷中工作面液压支架的后方，同时，与待充填柔性模袋相平行地设置，再通过连轴建立液压单体支柱装置与工作面液压支架之间的连接；
S52：控制液压单体支柱装置中的若干水平液压支柱同时沿水平方向伸长，直至上侧挡板二和下侧挡板二到达底座的边沿处，利用上侧挡板二和下侧挡板二的相互配合来防止碎石掉落后进入液压单体支柱装置的内部；
S53：控制若干垂直液压支柱同时沿竖直方向伸长，直至顶梁上侧的空心支护板与顶板完全密切接触，以在柔性半模板成型且达到额定强度之前用液压单体支柱装置进行临时支护；该过程中，利用若干预留孔容纳所在区域中的顶板锚杆和顶板锚索的端部，以减少锚杆或锚索对临时支护的影响；
步骤六：充填材料的制备；
S61：利用位于井下的破碎机将矿井中的大块固废材料进行破碎形成小颗粒固废材料；利用位于地面上的混凝土干料制备设备制造出水泥；
S62：通过上料机将小颗粒固废材料输送至搅拌机内，并在搅拌机内加入水，同时，启动搅拌机工作，将固废材料和水进行均匀搅拌制成固废浆液；搅拌过程中要控制好搅拌时间，避免结块情况的产生；
S63：先将充填泵出料口所连接的泵注软管的出料端插入到柔性模袋的注浆口中，再对注浆口与泵注软管出料端之间的连接处进行绑扎；
S64：先利用固废物浆液输送管道建立搅拌机出料口与充填泵进料口之间的连接通道，并将固废浆液输送至充填泵中，同时，通过水泥车将水泥运送至井下的充填泵中；再利用充填泵对水泥和固废浆液进行均匀搅拌形成充填材料；该过程中，根据提前计算好的固废浆液和水泥砂浆的比例控制固废浆液和水泥的加注量；
步骤七：柔性模袋的泵送充填；
利用充填泵所连接的泵注软管将充填材料泵注至柔性模袋内，在柔性模袋快要接顶时，减慢泵注的速度，以排出柔性模袋内的水分，确保柔性模袋的密实充填并充分接顶形成柔性半模板；该过程中，实时观察柔性模袋顶部的情况，保证形成的柔性半模板与巷道帮部、顶板及底板能够密实接触，同时，要防止因充填材料泵注过多所导致的柔性模袋破裂的情况发生；
步骤八：进行液压单体支柱装置的收缩和前移；
S81：在柔性模袋填充结束后静置8h，确保柔性半模板达到自稳状态并且达到额定支撑强度；
S82：先控制液压单体支柱装置中的若干垂直液压支柱同时收缩，直至上侧挡板一和下侧挡板一相接触时停止，再控制若干水平液压支柱同时水平缩短，直至上侧挡板二和下侧挡板二缩回到底座边沿的内侧，使液压单体支柱装置呈收缩状态；
S83：随着工作面的推进，将若干工作面液压支架向掘进方向同步移动一定距离，直至在本区段运输巷靠下区段的非回采侧预留出放置柔性半模板的空间，该过程中，通过连轴带动液压单体支柱装置向前移动；
步骤九：循环执行步骤四至步骤八；
随着工作面的回采，依次在本区段运输巷靠下区段的一侧构筑充填下一个柔性半模板，并确保形成的若干个柔性半模板依次紧密贴实，直至本区段工作面回采全部完成，利用形成的若干个柔性半模板对本区段运输巷道进行可靠的支护，并为下区段的回采提供可靠的保障；
步骤十：下区段回风巷道的掘进；
待本区段运输巷道上覆岩层稳定后，沿本区段运输巷道中留取的若干柔性半模板进行下区段回风巷道的掘进。
进一步，为了能够对本区段运输巷道的顶板进行可靠的支护，以确保充填构筑的柔性模板能够充分接顶，在步骤五中的S53中，若遇到液压单体支柱装置与顶板接触不完全时，及时进行液压单体支柱装置位置的调整，以确保空心支护板与顶板能够完全接触。
进一步，为了确保充填构筑完成后的柔性模板能够具有可靠的承载强度，在步骤七的泵送过程中，确保泵注软管内部没有空气，为满管泵送状态，在存在空气时要立即反泵，以将空气排出。
进一步，为了可以有效支撑本区段采空区5后方的巷道顶板，并有效减小巷旁支护及巷内支护的载荷，减小巷道变形，并确保5d后的支护强度能够达到25MPa，以满足巷道掘进的要求，在步骤六中的S64中，充填材料为浓度为85％的膏体充填材料，其中水泥400kg/m3，井下固废物1190kg/m3，粉煤灰260kg/m3。使用井下固废物和水泥作为充填材料，不仅解决了井下矸石等固废材料的处理问题，还大大减少了资源浪费，为矿井创造较好的经济和社会效益。
进一步，为了提高清洗效果，在步骤七中，待柔性模袋填充结束后停止泵注作业，并进行输送管路的清洗，清洗方法如下：
S71：将泵注软管从注浆口中拔出，再将泵注软管从充填泵上移除，然后对泵注软管进行清洗；
S72：在充填泵内加入水并将内部残留的浆液泵出，同时，将固废物浆液输送管道从充填泵上移除，然后迅速对固废物浆液输送管道进行清洗；
S73：再次利用固废物浆液输送管道建立搅拌机与充填泵之间的连接，并将泵注软管连接在充填泵的出料口处，以便于对下一个柔性模袋进行充填。
本方法取消了以往技术中的窄煤柱，用矸石固废材料胶凝充填邻近巷道残留空间形成柔性半模板，进而利用矸石固废胶凝充填柔性半模板代替了传统方法中的小煤柱，依此方法能利用上区段运输巷道充填柔性半模板代替煤柱起到隔离上区段本区段采空区承担部分上覆岩层重量的作用，达到安全经济高效挖掘巷道的目的。本发明提出的矸石固废胶凝充填柔性半模板系统使用矸石固废进行充填，高效经济的利用了井下固废材料，避免了资源的浪费。本发明属于一种安全、高效的矸石固废胶凝充填柔性半模板系统及安装工艺，利用柔性半模板系统可极大地节省充填支护材料的成本，并能形成承载能力大且稳定的支护结构，显著降低了煤柱型冲击地压危险，并极大地提高了巷道的稳定性，同时，能大大减少了资源浪费的情况，有效的提高了煤炭采出率，还实现了对井下矸石等固废材料的绿色处理过程。
本发明工艺简单，易于操作，实施安全，适用范围广，可靠性高，同时解决了矿井废弃物的处理问题、采掘接替紧张问题、小煤柱容易发生的失稳破坏等问题，其能为矿井创造较好的经济和社会效益，有着较好的推广、实用价值。
附图说明
图1为应用柔性半模板系统进行支护的现场示意图。
图2为在厚煤环境下应用柔性半模板系统支护过程中的现场剖面示意图。
图3为在全煤环境下应用柔性半模板系统支护过程中的现场剖面示意图；
图4为在厚煤环境下沿柔性半模板完成巷道掘进的现场剖面示意图；
图5为在全煤环境下沿柔性半模板完成巷道掘进的现场剖面示意图；
图6为柔性半模板的立体图一；
图7为柔性半模板的立体图二；
图8为液压单体支柱装置移动前的的立体图。
图中：1、实体煤，2、伪顶，3、直接顶，4、基本顶，5、本区段采空区，6、顶板锚杆，7、顶板锚索，8、帮部锚杆，9、液压单体支柱装置，11、柔性半模板，12、本区段回风巷道，13、本区段运输巷道，14、工作面液压支架，15、固废物浆液输送管道，16、水泥车，17、上区段已充填柔性半模板，18、充填泵，1101、注浆口，1102、顶部绳索，1103、侧边绳索，1104、网状尼龙绳，1105、柔性模袋，901、垂直液压支柱，902、水平液压支柱，903、上挂环，904、连轴，906、预留孔，907、顶梁，908、上侧挡板一，909、下侧挡板一，910、底座，911、空心支护板，912、上侧挡板二，913、下侧挡板二。
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8所示，本发明提供了一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统，包括设置在靠近上区段一侧的本区段回风巷道12和设置在靠近下区段一侧的本区段运输巷道13，还包括若干上区段已填充柔性半模板17、挂模锚杆单元、单体液压支架装置9、柔性半模板11和充填材料制备运输单元；
若干上区段已填充柔性半模板17依次安装在上区段运输巷道中，且与本区段回风巷道12相邻地设置；其中，每个上区段已填充柔性半模板17均与上区段运输巷道的顶板、底板和靠近本区段回风巷道一侧的帮部密实接触；
所述挂模锚杆单元设置于本区段运输巷道13中远离本区段采空区5的一侧，其由若干顶板锚杆6、若干顶板锚索7和若干帮部锚杆8组成，若干顶板锚杆6沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道13的顶板上，若干顶板锚索7沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道13的顶板上，且顶板锚杆6和顶板锚索7之间相间隔地设置；若干帮部锚杆8沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道13的非充填侧煤帮上；
若干工作面液压支架14并排地设置在本区段工作面中，且位于本区段采空区5已填充部分的前侧，其中靠上区段的一个工作面液压支架14位于本区段回风巷道12中靠近本区段采空区5的一侧，其中靠下区段的一个工作面液压支架14位于本区段运输巷道13中靠近本区段采空区5的一侧；
所述单体液压支架装置9设置于本区段运输巷道13中靠近本区段采空区5的非回采侧，且位于所在区域中工作面液压支架14的后方；单体液压支架装置9由底座910、垂直液压支柱901、顶梁907、空心支护板911、水平液压支柱902、上侧挡板一908、下侧挡板一909、上侧挡板二912和下侧挡板二913组成；所述底座910的前端为向上弧形弯曲的结构，这样可以在路况不平确保单体液压支架装置9能够顺利的前移；底座910的前端通过连轴904与前侧的工作面液压支架14连接；六个垂直液压支柱901呈两列三排地排布，且垂直液压支柱901的固定端固定连接在底座910的上端面上；作为一种优选，相邻垂直液压支柱901的间距和排距均为1m；所述顶梁907水平地设置在底座910的上方，且其下端面与若干垂直液压支柱901的伸缩端固定连接；所述空心支护板911的尺寸与顶梁907的尺寸相适配，且固定连接在顶梁907的上端，空心支护板911的上部在对应顶板上锚杆的位置开设有与锚杆尺寸相适配的若干预留孔906；四个水平液压支柱902均匀地分为两组，每组中的两个水平液压支柱902在竖向上相间隔地分布，且设置在相邻两排垂直液压支柱901之间的空间中，同时，每组中位于上部的水平液压支柱902的固定端通过上立式支架与顶梁907固定连接，每组中位于下部的水平液压支柱902的固定端通过下立式支架与底座910固定连接；所述上侧挡板一908和下侧挡板一909上下相对地设置，且位于底座910的后端，上侧挡板一908的上端与顶梁907的后端固定连接，下侧挡板一909的下端与底座910的后端固定连接；所述上侧挡板二912和下侧挡板二913上下相对地设置，且位于水平液压支柱902伸缩端的一侧，上侧挡板二912与位于上侧的两个水平液压支柱902的伸缩端固定连接，下侧挡板二913与位于下侧的两个水平液压支柱902的伸缩端固定连接；通过上侧挡板一909和下侧挡板一910的配合设置、通过上侧挡板二912和下侧挡板二913的配合设置，可以有效防止碎石掉落进入到单体液压支架装置9的内部；
所述柔性半模板11设置在设置于本区段运输巷道13中远离本区段采空区5的一侧，且与单体液压支架装置9并排地设置；柔性半模板11由柔性模袋1105、顶部绳索1102、侧边绳索1103和网状尼龙绳1104组成；所述柔性模袋1105为中空的长方体形状，其正面上方开设有与其内腔相连通的注浆口1101，多根顶部绳索1102均匀地连接在柔性模袋1105的顶部，且其自由端分别与其所在区域上方的多根顶板锚杆6和多根顶板锚索7连接；作为一种优选，顶部绳索1102缠绕在对应锚杆所连接的托盘与巷道墙体之间的空隙中；多根侧边绳索1103均匀地连接在柔性模袋1105靠近下区段一侧的侧面上，且其自由端分别与其所在区域侧部的多根帮部锚杆8连接；作为一种优选，侧边绳索1103缠绕在对应锚杆所连接的托盘与巷道墙体之间的空隙中；通过顶部绳索1102和侧边绳索1103的设置，能确保柔性模袋1105可以牢固地挂设于填充空间中，可确保后续填充过程中的可靠进行；多根网状尼龙绳1104均匀地分布在柔性模袋1105的内腔中，且每根网状尼龙绳1104均倾斜地设置，且其两端分别与柔性模袋1105相对的两侧面连接，以减小在后续充填过程中柔性模袋1105的变形量，防止在充填过程中出现鼓包坍塌的情况发生；
作为一种优选，柔性模袋1105具有秀水不透浆、自成型、支模速度快等特点，其尺寸可按要求制作，一般长度为4m左右，作为进一步优选，顶部绳索1102和侧边绳索1103均采用0.5m的尼龙绳制成。
所述充填材料制备运输单元由充填泵站18、搅拌机、固废物浆液输送管道15、水泥车16、破碎机和上料机组成，所述充填泵站18设置在本区段工作面后方的本区段运输巷道13附近，其出料口通过泵注软管与柔性模袋1105上的注浆口1101连接，用于将所接收到的物料泵入到本区段工作面后方的柔性模袋1105中；所述搅拌机设置在本区段工作面前方的本区段回采巷道13中，用于对固废物料和水进行搅拌，并形成固废浆料；所述固废物浆液输送管道15的进料端与搅拌机的出料口连接，其出料端与充填泵站18连接，用于将固废物浆液输送到充填泵站18中；所述水泥车16设置在本区段运输巷道13中，用于将水泥运输到充填泵站18中；所述破碎机设置在本区段工作面前方的本区段回采巷道13中，用于将大块固废材料破碎成小颗粒固废材料；所述上料机为皮带运输机，其进料端与破碎机的出料端连接，其出料端与搅拌机的进料口连接。
作为一种优选，固废物浆液输送管道15采用耐磨钢管制成，其管壁厚度为5.5mm，耐压值可达18MPa。
所述上侧挡板一908的上端通过上挂环903连接在顶梁907；下侧挡板一909的下端通过下挂环连接在底座910。
为了方便小幅度地调整液压单体支柱装置的位置，所述连轴904为横向设置的伸缩液压缸。
作为一种优选，所述柔性模袋1105采用本质安全型的橡胶或环保PVC材料或塑料制成。
本发明中，通过在上区段运输巷道中设置已填充柔性半模板，可以对本区段回风巷道所在区域的上覆围岩进行可靠的支撑，从而可以确保本区段回风巷道处上覆围岩的稳定，能为本区段工作面的回采提供可靠的保障。在本区段工作面的采空区已填充部分的前侧利用并排设置的若干个工作面液压支架进行支撑，能够确保本区段工作面回采过程安全有序的进行。使并排设置的若干个工作面液压支架的两端部的两个工作面液压支架分别位于本区段回风巷道中靠本区段采空区的一侧和位于本区段运输巷道中靠本区段采空区的一侧，可以在回采过程中，利用工作面液压支架对本区段回风巷道和本区段运输巷道进行可靠的支护，从而能进一步确保本区段回采作业的安全。将单体液压支架装置设置在本区段运输巷道中，并位于所在区域工作面液压支架的后方，可以利用单体液压支架装置进一步加强对本区段运输巷道顶板的支护，同时，可以为后续设置的未达到额定凝固强度的柔性半模板分担荷载，有利于确保柔性半模板的可靠接顶。通过若干垂直液压支柱的设置，能方便地控制顶梁在竖向上的位移，进而可以适应不同高度巷道的支护需求，同时，还可以便于在收缩状态下进行单体液压支架装置的移动。使底座的前端为向上弧形弯曲的结构，能确保在不平整路况下单体液压支架装置能够顺利的前移。通过上侧挡板一和下侧挡板一的设置，能有效防止后方的碎石进入单体液压支架装置的内部。通过上侧挡板二和下侧挡板二的设置，能有效防止靠近本区段采空区一侧的碎石进入单体液压支架装置的内部。通过水平液压支柱的设置，能方便的调整上侧挡板二和下侧挡板二向外部的伸缩量，进而可以根据不同的需求调整上侧挡板二和下侧挡板二的位置。将柔性半模板设置在本区段运输巷道中，且位于单体液压支架装置的后方，可以便于在本区段运输巷道中充填构筑柔性半模板，进而可以有助于利用柔性半模板替代窄煤柱对本区段运输巷道的顶板进行可靠的支护。通过顶部绳索和侧边绳索的设置，能确保柔性模袋可以牢固地挂设于填充空间中，可确保后续填充过程中的可靠进行。通过多根网状尼龙绳的设置能够有效减小在后续充填过程中柔性模袋的变形量，可防止在充填过程中出现鼓包坍塌的情况。在本区段回采巷道中设置破碎机，能方便地将大块固废材料在井下进行破碎，进而有利于减少运输的成本和时间。在本区段回采巷道中设置搅拌机，能方便地在井下对固废材料和水进行固废浆料的制备。通过上料机的设置，能方便将破碎后的固废材料运输至搅拌机中。通过水泥车的设置，能方便的将水泥运输至充填泵站中。通过充填泵站的设置，不仅能方便对固废浆料和水泥进行搅拌形成充填材料，还能方便对柔性模袋进行充填材料的泵注，从而能便于快速构筑柔性模板。该柔性半板板系统能够方便地在巷道中充填构筑柔性半模板，并能利用形成的柔性半模板对本区段进行可靠的支护，能确保本区段回采作业的安全进行。同时，通过在巷道中充填构筑柔性半模板，可不需要在巷道中预留窄煤柱，这样不仅提高了开采效率，还同时解决了采掘接替紧张的问题、太多小煤柱存在所导致的帮鼓变形严重、煤壁出现整体滑移的问题。
本发明还提供了一种矸石固废胶凝充填柔性半模板的支护方法，采用一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统，包括以下步骤：
步骤一：充填柔性半模板11参数的确定；
根据相邻工作面的矿压显现的规律和巷道的使用要求，确定确定本区段运输巷道13中柔性半模板11的尺寸数量和充填材料的类型；
其中，根据本区段回采巷道13的宽度和高度确定柔性半模板11的尺寸，比如，当本区段回采巷道13的宽度为4m，高度为3.5m时，确定柔性半模板11的宽度为2m，高度为3.5m。
为保证充填带具有足够的切顶阻力，结合柔性半模板11的作用原理，确保充填材料凝结硬化后的抗压强度不低于20MPa，安全系数为1.25，从而可以使充填带的强度达到25MPa。
步骤二：巷道的补强支护；
对本区段运输巷道13进行补强加固，在巷道顶板上补打多根顶板锚杆6和多根顶板锚索7，利用多根顶板锚杆6和多根顶板锚索7共同对巷道顶板进行加固；当为厚煤层环境时，顶板锚杆6和顶板锚索7依次穿过顶部的实体煤1和直接顶3，并锚固于基本顶4中，以确保支护效果，当为全煤层环境时，顶板锚杆6和顶板锚索7依次穿过顶部的伪顶2和直接顶3，并锚固于基本顶4中，以确保支护效果。在巷道另一侧的煤帮处补打多根帮部锚杆8，利用多根帮部锚杆8对巷道帮部进行加固，其中，帮部锚杆8锚固于侧部的实体煤1中；为了进行更可靠的加固，在巷道两帮均铺设规格为2.6m-×2m的菱形金属网。
同时，利用多根顶板锚杆6、多根顶板锚索7和多根帮部锚杆8形成挂模锚杆单元；
其中，顶板锚杆6的间距和排距为900mm×900mm，并且在靠近充填侧每1.8m布置一排两根顶板锚索7，且顶板锚索7向掘巷侧偏斜15°，在远离充填侧每3.6m布置一根顶板锚索7。
作为一种优选，顶板锚索7均采用低松弛预应力钢绞线截制而成，其长度为6m，并配置锚索梁。
步骤三：预留出柔性半模板11的挂设空间；
随着本区段工作面的回采，将若干工作面液压支架14向采煤面方向同步移动一定距离，直至在本区段运输巷13靠下区段的非回采侧预留出放置柔性半模板11的空间；
步骤四：柔性模袋1105的挂设；
将柔性模袋1105放置在预留出的空间中，采用人工的方式铺挂柔性模袋1105，将柔性模袋1105上的多根顶部绳索1102与该空间中的多根顶板锚杆6和多根顶板锚索7进行连接，将柔性模袋1105上的多根侧边绳索1103分别与多根帮部锚杆8进行连接，并确保柔性模袋1105分别与顶板、底板和巷旁紧贴密封地接触；该过程中，利用设置在柔性模袋1105内的多根网状尼龙绳1104来确保柔性模袋1105的成型，以避免充填柔性半模板11发生鼓包坍塌的情况；
步骤五：利用液压单体支柱装置9进行支护；
S51：先将液压单体支柱装置9置于本区段运输巷13的非回采侧，并置于本区段运输巷13中工作面液压支架14的后方，同时，与待充填柔性模袋1105相平行地设置，再通过连轴904建立液压单体支柱装置9与工作面液压支架14之间的连接；
S52：控制液压单体支柱装置9中的若干水平液压支柱902同时沿水平方向伸长，直至上侧挡板二912和下侧挡板二913到达底座910的边沿处，利用上侧挡板二912和下侧挡板二913的相互配合来防止碎石掉落后进入液压单体支柱装置9的内部；
S53：控制若干垂直液压支柱901同时沿竖直方向伸长，直至顶梁907上侧的空心支护板911与顶板完全密切接触，以在柔性半模板11成型且达到额定强度之前用液压单体支柱装置9进行临时支护；该过程中，利用若干预留孔906容纳所在区域中的顶板锚杆6和顶板锚索7的端部，以减少锚杆或锚索对临时支护的影响；
步骤六：充填材料的制备；
S61：利用位于井下的破碎机将矿井中的大块固废材料进行破碎形成小颗粒固废材料；利用位于地面上的混凝土干料制备设备制造出水泥；
作为一种优选，大块固废材料包括矸石等大块固废物料；
S62：通过上料机将小颗粒固废材料输送至搅拌机内，并在搅拌机内加入水，同时，启动搅拌机工作，将固废材料和水进行均匀搅拌制成固废浆液；搅拌过程中要控制好搅拌时间，避免结块情况的产生；
S63：先将充填泵18出料口所连接的泵注软管的出料端插入到柔性模袋1105的注浆口1101中，再对注浆口1101与泵注软管出料端之间的连接处进行绑扎；作为一种优选，采用铁丝进行绑扎；
S64：先利用固废物浆液输送管道15建立搅拌机出料口与充填泵18进料口之间的连接通道，并将固废浆液输送至充填泵18中，同时，通过水泥车16将水泥运送至井下的充填泵18中；再利用充填泵18对水泥和固废浆液进行均匀搅拌形成充填材料；该过程中，根据提前计算好的固废浆液和水泥砂浆的比例控制固废浆液和水泥的加注量；
作为一种优选，在使用充填泵18之前需要检查泵注软管有无渗透现象，如有需要及时进行处理；
步骤七：柔性模袋1105的泵送充填；
利用充填泵18所连接的泵注软管将充填材料泵注至柔性模袋1105内，在柔性模袋1105快要接顶时，减慢泵注的速度，以排出柔性模袋1105内的水分，并对接顶不充分的地方进行填充，确保柔性模袋1105的密实充填并充分接顶形成柔性半模板11；
该过程中，实时观察柔性模袋1105顶部的情况，保证形成的柔性半模板11与巷道帮部、顶板及底板能够密实接触，同时，要防止因充填材料泵注过多所导致的柔性模袋1105破裂的情况发生；
步骤八：进行液压单体支柱装置9的收缩和前移；
S81：在柔性模袋1105填充结束后静置8h，确保柔性半模板11达到自稳状态并且达到额定支撑强度；
S82：先控制液压单体支柱装置9中的若干垂直液压支柱901同时收缩，直至上侧挡板一908和下侧挡板一909相接触时停止，再控制若干水平液压支柱902同时水平缩短，直至上侧挡板二912和下侧挡板二913缩回到底座910边沿的内侧，使液压单体支柱装置9呈收缩状态；
S83：随着工作面的推进，将若干工作面液压支架14向掘进方向同步移动一定距离，直至在本区段运输巷13靠下区段的非回采侧预留出放置柔性半模板11的空间，该过程中，通过连轴904带动液压单体支柱装置9向前移动；
步骤九：循环执行步骤四至步骤八；
随着工作面的回采，依次在本区段运输巷13靠下区段的一侧构筑充填下一个柔性半模板11，并确保形成的若干个柔性半模板11依次紧密贴实，直至本区段工作面回采全部完成，利用形成的若干个柔性半模板11对本区段运输巷道13进行可靠的支护，并为下区段的回采提供可靠的保障；
步骤十：下区段回风巷道的掘进；
待本区段运输巷道13上覆岩层稳定后，沿本区段运输巷道13中留取的若干柔性半模板11进行下区段回风巷道的掘进。
为了能够对本区段运输巷道的顶板进行可靠的支护，以确保充填构筑的柔性模板能够充分接顶，在步骤五中的S53中，若遇到液压单体支柱装置9与顶板接触不完全时，及时进行液压单体支柱装置9位置的调整，以确保空心支护板911与顶板能够完全接触。
为了确保充填构筑完成后的柔性模板能够具有可靠的承载强度，在步骤七的泵送过程中，确保泵注软管内部没有空气，为满管泵送状态，在存在空气时要立即反泵，以将空气排出。
为了可以有效支撑本区段采空区5后方的巷道顶板，并有效减小巷旁支护及巷内支护的载荷，减小巷道变形，并确保5d后的支护强度能够达到25MPa，以满足巷道掘进的要求，在步骤六中的S64中，充填材料为浓度为85％的膏体充填材料，其中水泥400kg/m3，井下固废物1190kg/m3，粉煤灰260kg/m3。
为了提高清洗效果，在步骤七中，待柔性模袋1105填充结束后停止泵注作业，并进行输送管路的清洗，清洗方法如下：
S71：将泵注软管从注浆口1101中拔出，再将泵注软管从充填泵18上移除，然后对泵注软管进行清洗；
S72：在充填泵18内加入水并将内部残留的浆液泵出，同时，将固废物浆液输送管道15从充填泵18上移除，然后迅速对固废物浆液输送管道15进行清洗；
S73：再次利用固废物浆液输送管道15建立搅拌机与充填泵18之间的连接，并将泵注软管连接在充填泵18的出料口处，以便于对下一个柔性模袋1105进行充填。
作为进一步优选，在整个清洗过程中，尽可能减少停泵的次数。
本方法取消了以往技术中的窄煤柱，用矸石固废材料胶凝充填邻近巷道残留空间形成柔性半模板，进而利用矸石固废胶凝充填柔性半模板代替了传统方法中的小煤柱，依此方法能利用上区段运输巷道充填柔性半模板代替煤柱起到隔离上区段本区段采空区承担部分上覆岩层重量的作用，达到安全经济高效挖掘巷道的目的。本发明提出的矸石固废胶凝充填柔性半模板系统使用矸石固废进行充填，高效经济的利用了井下固废材料，避免了资源的浪费。本发明属于一种安全、高效的矸石固废胶凝充填柔性半模板系统及安装工艺，利用柔性半模板系统可极大地节省充填支护材料的成本，并能形成承载能力大且稳定的支护结构，显著降低了煤柱型冲击地压危险，并极大地提高了巷道的稳定性，同时，能大大减少了资源浪费的情况，有效的提高了煤炭采出率，还实现了对井下矸石等固废材料的绿色处理过程。
本发明工艺简单，易于操作，实施安全，适用范围广，可靠性高，同时解决了矿井废弃物的处理问题、采掘接替紧张问题、小煤柱容易发生的失稳破坏等问题，其能为矿井创造较好的经济和社会效益，有着较好的推广、实用价值。
Claims (9)
1.一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统，包括设置在靠近上区段一侧的本区段回风巷道(12)和设置在靠近下区段一侧的本区段运输巷道(13)，其特征在于，还包括若干上区段已填充柔性半模板(17)、挂模锚杆单元、单体液压支架装置(9)、柔性半模板(11)和充填材料制备运输单元；
若干上区段已填充柔性半模板(17)依次安装在上区段运输巷道中，且与本区段回风巷道(12)相邻地设置；其中，每个上区段已填充柔性半模板(17)均与上区段运输巷道的顶板、底板和靠近本区段回风巷道一侧的帮部密实接触；
所述挂模锚杆单元设置于本区段运输巷道(13)中远离本区段采空区(5)的一侧，其由若干顶板锚杆(6)、若干顶板锚索(7)和若干帮部锚杆(8)组成，若干顶板锚杆(6)沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道(13)的顶板上，若干顶板锚索(7)沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道(13)的顶板上，且顶板锚杆(6)和顶板锚索(7)之间相间隔地设置；若干帮部锚杆(8)沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道(13)的非充填侧煤帮上；
若干工作面液压支架(14)并排地设置在本区段工作面中，且位于本区段采空区(5)已填充部分的前侧，其中靠上区段的一个工作面液压支架(14)位于本区段回风巷道(12)中靠近本区段采空区(5)的一侧，其中靠下区段的一个工作面液压支架(14)位于本区段运输巷道(13)中靠近本区段采空区(5)的一侧；
所述单体液压支架装置(9)设置于本区段运输巷道(13)中靠近本区段采空区(5)的非回采侧，且位于所在区域中工作面液压支架(14)的后方；单体液压支架装置(9)由底座(910)、垂直液压支柱(901)、顶梁(907)、空心支护板(911)、水平液压支柱(902)、上侧挡板一(908)、下侧挡板一(909)、上侧挡板二(912)和下侧挡板二(913)组成；所述底座(910)的前端为向上弧形弯曲的结构，且底座(910)的前端通过连轴(904)与前侧的工作面液压支架(14)连接；六个垂直液压支柱(901)呈两列三排地排布，且垂直液压支柱(901)的固定端固定连接在底座(910)的上端面上；所述顶梁(907)水平地设置在底座(910)的上方，且其下端面与若干垂直液压支柱(901)的伸缩端固定连接；所述空心支护板(911)的尺寸与顶梁(907)的尺寸相适配，且固定连接在顶梁(907)的上端，空心支护板(911)的上部在对应顶板上锚杆的位置开设有与锚杆尺寸相适配的若干预留孔(906)；四个水平液压支柱(902)均匀地分为两组，每组中的两个水平液压支柱(902)在竖向上相间隔地分布，且设置在相邻两排垂直液压支柱(901)之间的空间中，同时，每组中位于上部的水平液压支柱(902)的固定端通过上立式支架与顶梁(907)固定连接，每组中位于下部的水平液压支柱(902)的固定端通过下立式支架与底座(910)固定连接；所述上侧挡板一(908)和下侧挡板一(909)上下相对地设置，且位于底座(910)的后端，上侧挡板一(908)的上端与顶梁(907)的后端固定连接，下侧挡板一(909)的下端与底座(910)的后端固定连接；所述上侧挡板二(912)和下侧挡板二(913)上下相对地设置，且位于水平液压支柱(902)伸缩端的一侧，上侧挡板二(912)与位于上侧的两个水平液压支柱(902)的伸缩端固定连接，下侧挡板二(913)与位于下侧的两个水平液压支柱(902)的伸缩端固定连接；
所述柔性半模板(11)设置在设置于本区段运输巷道(13)中远离本区段采空区(5)的一侧，且与单体液压支架装置(9)并排地设置；柔性半模板(11)由柔性模袋(1105)、顶部绳索(1102)、侧边绳索(1103)和网状尼龙绳(1104)组成；所述柔性模袋(1105)为中空的长方体形状，其正面上方开设有与其内腔相连通的注浆口(1101)，多根顶部绳索(1102)均匀地连接在柔性模袋(1105)的顶部，且其自由端分别与其所在区域上方的多根顶板锚杆(6)和多根顶板锚索(7)连接；多根侧边绳索(1103)均匀地连接在柔性模袋(1105)靠近下区段一侧的侧面上，且其自由端分别与其所在区域侧部的多根帮部锚杆(8)连接；多根网状尼龙绳(1104)均匀地分布在柔性模袋(1105)的内腔中，且每根网状尼龙绳(1104)均倾斜地设置，且其两端分别与柔性模袋(1105)相对的两侧面连接；
所述充填材料制备运输单元由充填泵站(18)、搅拌机、固废物浆液输送管道(15)、水泥车(16)、破碎机和上料机组成，所述充填泵站(18)设置在本区段工作面后方的本区段运输巷道(13)附近，其出料口通过泵注软管与柔性模袋(1105)上的注浆口(1101)连接，用于将所接收到的物料泵入到本区段工作面后方的柔性模袋(1105)中；所述搅拌机设置在本区段工作面前方的本区段回采巷道(13)中，用于对固废物料和水进行搅拌，并形成固废浆料；所述固废物浆液输送管道(15)的进料端与搅拌机的出料口连接，其出料端与充填泵站(18)连接，用于将固废物浆液输送到充填泵站(18)中；所述水泥车(16)设置在本区段运输巷道(13)中，用于将水泥运输到充填泵站(18)中；所述破碎机设置在本区段工作面前方的本区段回采巷道(13)中，用于将大块固废材料破碎成小颗粒固废材料；所述上料机为皮带运输机，其进料端与破碎机的出料端连接，其出料端与搅拌机的进料口连接。
2.根据权利要求1所述一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统，其特征在于，所述上侧挡板一(908)的上端通过上挂环(903)连接在顶梁(907)；下侧挡板一(909)的下端通过下挂环连接在底座(910)。
3.根据权利要求1或2所述一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统，其特征在于，所述连轴(904)为横向设置的伸缩液压缸。
4.根据权利要求3所述一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统，其特征在于，所述柔性模袋(1105)采用本质安全型的橡胶或环保PVC材料或塑料制成。
5.一种矸石固废胶凝充填柔性半模板的支护方法，采用如权利要求1至4任一项所述的一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：充填柔性半模板(11)参数的确定；
根据相邻工作面的矿压显现的规律和巷道的使用要求，确定本区段运输巷道(13)中柔性半模板(11)的尺寸数量和充填材料的类型；
步骤二：巷道的补强支护；
对本区段运输巷道(13)进行补强加固，在巷道顶板上补打多根顶板锚杆(6)和多根顶板锚索(7)，利用多根顶板锚杆(6)和多根顶板锚索(7)共同对巷道顶板进行加固；在巷道另一侧的煤帮处补打多根帮部锚杆(8)，利用多根帮部锚杆(8)对巷道帮部进行加固；同时，利用多根顶板锚杆(6)、多根顶板锚索(7)和多根帮部锚杆(8)形成挂模锚杆单元；
步骤三：预留出柔性半模板(11)的挂设空间；
随着本区段工作面的回采，将若干工作面液压支架(14)向采煤面方向同步移动一定距离，直至在本区段运输巷(13)靠下区段的非回采侧预留出放置柔性半模板(11)的空间；
步骤四：柔性模袋(1105)的挂设；
将柔性模袋(1105)放置在预留出的空间中，采用人工的方式铺挂柔性模袋(1105)，将柔性模袋(1105)上的多根顶部绳索(1102)与该空间中的多根顶板锚杆(6)和多根顶板锚索(7)进行连接，将柔性模袋(1105)上的多根侧边绳索(1103)分别与多根帮部锚杆(8)进行连接，并确保柔性模袋(1105)分别与顶板、底板和巷旁紧贴密封地接触；该过程中，利用设置在柔性模袋(1105)内的多根网状尼龙绳(1104)来确保柔性模袋(1105)的成型，以避免充填柔性半模板(11)发生鼓包坍塌的情况；
步骤五：利用液压单体支柱装置(9)进行支护；
S51：先将液压单体支柱装置(9)置于本区段运输巷(13)的非回采侧，并置于本区段运输巷(13)中工作面液压支架(14)的后方，同时，与待充填柔性模袋(1105)相平行地设置，再通过连轴(904)建立液压单体支柱装置(9)与工作面液压支架(14)之间的连接；
S52：控制液压单体支柱装置(9)中的若干水平液压支柱(902)同时沿水平方向伸长，直至上侧挡板二(912)和下侧挡板二(913)到达底座(910)的边沿处，利用上侧挡板二(912)和下侧挡板二(913)的相互配合来防止碎石掉落后进入液压单体支柱装置(9)的内部；
S53：控制若干垂直液压支柱(901)同时沿竖直方向伸长，直至顶梁(907)上侧的空心支护板(911)与顶板完全密切接触，以在柔性半模板(11)成型且达到额定强度之前用液压单体支柱装置(9)进行临时支护；该过程中，利用若干预留孔(906)容纳所在区域中的顶板锚杆(6)和顶板锚索(7)的端部，以减少锚杆或锚索对临时支护的影响；
步骤六：充填材料的制备；
S61：利用位于井下的破碎机将矿井中的大块固废材料进行破碎形成小颗粒固废材料；利用位于地面上的混凝土干料制备设备制造出水泥；
S62：通过上料机将小颗粒固废材料输送至搅拌机内，并在搅拌机内加入水，同时，启动搅拌机工作，将固废材料和水进行均匀搅拌制成固废浆液；搅拌过程中要控制好搅拌时间，避免结块情况的产生；
S63：先将充填泵(18)出料口所连接的泵注软管的出料端插入到柔性模袋(1105)的注浆口(1101)中，再对注浆口(1101)与泵注软管出料端之间的连接处进行绑扎；
S64：先利用固废物浆液输送管道(15)建立搅拌机出料口与充填泵(18)进料口之间的连接通道，并将固废浆液输送至充填泵(18)中，同时，通过水泥车(16)将水泥运送至井下的充填泵(18)中；再利用充填泵(18)对水泥和固废浆液进行均匀搅拌形成充填材料；该过程中，根据提前计算好的固废浆液和水泥砂浆的比例控制固废浆液和水泥的加注量；
步骤七：柔性模袋(1105)的泵送充填；
利用充填泵(18)所连接的泵注软管将充填材料泵注至柔性模袋(1105)内，在柔性模袋(1105)快要接顶时，减慢泵注的速度，以排出柔性模袋(1105)内的水分，确保柔性模袋(1105)的密实充填并充分接顶形成柔性半模板(11)；该过程中，实时观察柔性模袋(1105)顶部的情况，保证形成的柔性半模板(11)与巷道帮部、顶板及底板能够密实接触，同时，要防止因充填材料泵注过多所导致的柔性模袋(1105)破裂的情况发生；
步骤八：进行液压单体支柱装置(9)的收缩和前移；
S81：在柔性模袋(1105)填充结束后静置8h，确保柔性半模板(11)达到自稳状态并且达到额定支撑强度；
S82：先控制液压单体支柱装置(9)中的若干垂直液压支柱(901)同时收缩，直至上侧挡板一(908)和下侧挡板一(909)相接触时停止，再控制若干水平液压支柱(902)同时水平缩短，直至上侧挡板二(912)和下侧挡板二(913)缩回到底座(910)边沿的内侧，使液压单体支柱装置(9)呈收缩状态；
S83：随着工作面的推进，将若干工作面液压支架(14)向掘进方向同步移动一定距离，直至在本区段运输巷(13)靠下区段的非回采侧预留出放置柔性半模板(11)的空间，该过程中，通过连轴(904)带动液压单体支柱装置(9)向前移动；
步骤九：循环执行步骤四至步骤八；
随着工作面的回采，依次在本区段运输巷(13)靠下区段的一侧构筑充填下一个柔性半模板(11)，并确保形成的若干个柔性半模板(11)依次紧密贴实，直至本区段工作面回采全部完成，利用形成的若干个柔性半模板(11)对本区段运输巷道(13)进行可靠的支护，并为下区段的回采提供可靠的保障；
步骤十：下区段回风巷道的掘进；
待本区段运输巷道(13)上覆岩层稳定后，沿本区段运输巷道(13)中留取的若干柔性半模板(11)进行下区段回风巷道的掘进。
6.根据权利要求5所述的一种矸石固废胶凝充填柔性半模板的支护方法，其特征在于，在步骤五中的S53中，若遇到液压单体支柱装置(9)与顶板接触不完全时，及时进行液压单体支柱装置(9)位置的调整，以确保空心支护板(911)与顶板能够完全接触。
7.根据权利要求6所述的一种矸石固废胶凝充填柔性半模板的支护方法，其特征在于，在步骤七的泵送过程中，确保泵注软管内部没有空气，为满管泵送状态，在存在空气时要立即反泵，以将空气排出。
8.根据权利要求7所述的一种矸石固废胶凝充填柔性半模板的支护方法，其特征在于，在步骤六中的S64中，充填材料为浓度为85％的膏体充填材料，其中水泥400kg/m3，井下固废物1190kg/m3，粉煤灰260kg/m3。
9.根据权利要8所述的一种钢筋混凝土框架梁柱边节点高温试验方法，其特征在于，在步骤七中，待柔性模袋(1105)填充结束后停止泵注作业，并进行输送管路的清洗，清洗方法如下：
S71：将泵注软管从注浆口(1101)中拔出，再将泵注软管从充填泵(18)上移除，然后对泵注软管进行清洗；
S72：在充填泵(18)内加入水并将内部残留的浆液泵出，同时，将固废物浆液输送管道(15)从充填泵(18)上移除，然后迅速对固废物浆液输送管道(15)进行清洗；
S73：再次利用固废物浆液输送管道(15)建立搅拌机与充填泵(18)之间的连接，并将泵注软管连接在充填泵(18)的出料口处，以便于对下一个柔性模袋(1105)进行充填。
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| CN202310519219.1A CN116517619A (zh) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | 一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统及支护方法 |
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| CN (1) | CN116517619A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117145576A (zh) * | 2023-09-28 | 2023-12-01 | 中国矿业大学 | 一种矿山固废基膏体协同电厂烟气多组分充填封存系统及方法 |
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2023
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