CN203685287U - 无煤柱充填开采柔性让压护巷充填墙体 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种无煤柱充填开采柔性让压护巷充填墙体，属于煤矿巷道支护技术。该充填墙体由上下两部分组成，上部分为有较大缩量的膨胀性有机发泡充填墙体，发泡倍数为10～75倍，体积压缩量为80%时的单轴抗压强度不大于1.2MPa；下部分为似膏体充填墙体，似膏体充填墙体由质量比为1：0.3：1.2：1.7：2.8的水、水泥、粉煤灰、河沙和矸石的混合物组成，1d单轴抗压强度大于1.2MPa，28d强度大于10MPa；本实用新型通过计算，调节两种充填体的充填高度和配置比例，可以使充填体的可缩性在合理的范围内，这样能较好的适应顶板岩层的运动规律，保证了沿空留巷的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于煤矿巷道支护技术，具体是一种无煤柱充填开采柔性让压护巷充填墙体。
背景技术
沿空留巷是无煤柱护巷的一种形式，其中无煤柱护巷是煤矿开采及回采巷道支护技术的一项重大变革，它对合理开发煤炭资源，提高煤炭资源回收率，减少巷道掘进量，缓解矿井采掘接替的紧张局面，改善巷道维护状况，提高矿井开采效益，减少煤与瓦斯突出的概率，实现矿井集约化生产有显著效果。
目前，国内外应用较广的巷旁支护方式主要有：木垛支护、密集支柱支护、矸石带支护、人造砌块以及巷旁泵送充填材料支护技术等。根据围岩与支护共同作用原理，只能通过适当支护抵制顶板压力、释放压力，通过巷旁充填材料的让压变形，减缓巷道其他部位的压力，控制巷道整体变形，使其满足生产需要。所以，有一定支护阻力和允许让压变形的巷旁支护墙体的研发迫在眉睫。
专利CN 101725368 B（申请号200910231527.4）公开了一种厚煤层大采高工作面沿空留巷方法，它主要是在巷旁充填体顶部留下的变形空间内，安装柔性让压气囊，气囊充气后高度等于顶板下沉量预测值，通过气囊放气让顶板岩梁完成回转，直接压在巷旁充填体上，同时在采空区内触矸稳定，使巷旁充填体不再承受剧烈的顶板压力，保证充填体的安全，实现沿空留巷。其不足是：安装的柔性让压气囊之间难以密封，特别是在气囊充放气变形的情况下，难以有效隔绝采空区；同时气囊成本比较高，安装拆卸麻烦，劳动强度高。
专利CN 101967992 B（申请号201010285240.2）公开了一种薄煤层无煤柱开采不等强承载巷旁充填体，在膏体充填墙外侧接有矸石带，膏体充填墙与矸石带等高，膏体充填墙与矸石带形成不等强耦合巷旁充填体，能够有效的提供工作阻力，也有一定的可缩量，能够让压，就地消化产生的矸石。其不足是：充填墙与矸石带形成不等强耦合巷旁充填体让压效果较差，施工复杂，劳动强度高。
专利CN 101949301 B（申请号201010270254.7）公开了一种煤矿井下沿空留巷不等强承载巷旁充填体，它由1.5～2.0米宽的矸石袋堆砌而成的矸石墙和1.5～2.0米宽的膏体充填体紧密结合在一起，形成一个不等强材料耦合而成的巷旁充填体，能够明显降低原巷旁充填体承担的压力，也有一定的可缩量，能够让压，就地消化产生的矸石。其不足是：矸石袋堆砌而成的矸石墙和膏体充填体形成的不等强耦合巷旁充填体让压效果较差，施工复杂，劳动强度高。
专利CN 101922292 B（申请号201010105609.7）公开了一种煤矿沿空留巷巷旁分段承载不等强支护原理及应用，它的运输巷巷旁支护分为上下两层充填材料组合支护。上层采用强度低变形量大的充填材料，下层采用采用强度较高的充填材料，从而达到支护和密封双重效果。其不足是：该专利只提供一种笼统的支护理念，缺乏实际可行的操作手段，无法满足不同支护环境下的操作需求；充填结构上层充填体的让压功能无法定量确定，施工复杂，留巷成本较高。
专利CN 102296987 A（申请号201110264691.2）公开了一种巷旁充填沿空留巷软介质接顶方法，通过在充填体和顶板之间采用软方木或橡胶材料接顶，使充填结构遵循沿空留巷顶板下沉规律，提高充填结构纵向可缩量和横向稳定性。其不足是：软方木或橡胶材料让压效果不理想，软介质被压缩后，介质外侧封闭材料没有让压的性能，且没有支撑顶板的强度，在顶板压力作用下，介质外侧封闭材料容易被破坏，封闭采空区效果较差。
专利CN 102705002 A（申请号201210158287.1）公开了一种沿空留巷巷旁适量让压不等强组合充填结构及施工方法，该充填结构的上层充填体是用矸石袋堆积起来的，矸石袋中装有水、水泥和碎矸石混合物；下层充填体是一个膏体充填墙，通过调节两种充填体的充填高度和配置比例，可以使充填体的可缩性在合理的范围内，保证沿空留巷的稳定性。其不足是：矸石袋堆砌而成的矸石墙让压效果欠佳，施工复杂，劳动强度高，封闭采空区效果较差。
发明内容
为了克服现有沿空留巷充填墙体结构复杂、施工困难、成本高、让压效果差的缺陷，本发明提供一种无煤柱充填开采柔性让压护巷充填墙体及其施工方法，这是一种不等强的组合充填结构，具有让压功能，遵循沿空留巷顶板下沉规律，提高充填墙体纵向可缩量和横向稳定性；
为了实现上述任务，本发明无煤柱充填开采柔性让压护巷充填墙体分为上下两部分组成，上部分为有较大缩量的膨胀性有机发泡充填墙体，下部分为似膏体充填墙体；
所述的上部分充填墙体，具体是膨胀性有机发泡充填墙体，高度为h1，为发泡酚醛树脂、发泡尿醛树脂、发泡聚氨酯的一种或其组合；发泡倍数为10～75倍，体积压缩量为80%时的单轴抗压强度不大于1.2MPa；
所述的下部分充填墙体，具体是似膏体充填墙体，高度为h2，似膏体充填墙体由质量比为1：0.3：1.2：1.7：2.8的水、水泥、粉煤灰、河沙和矸石的混合物组成；河沙细度模数为3.4，矸石的粒度级配为5～10 cm,16～20cm，其中，粒度16～20cm的矸石：粒度5～10cm矸石的重量比为7:3；似膏体充填墙体1d单轴抗压强度大于1.2MPa，28d强度大于10MPa；
所述的膨胀性有机发泡充填墙体高度h1和似膏体充填体高度h2：
式中：h1-顶板下沉量预测值，单位m；
h2-顶板下沉量预测值，单位m；
l-留巷宽度，单位m；
L-老顶岩梁的跨度，单位m；
h-采高，单位m；
与其他让压的巷旁支护墙体和建设方法相比，本发明的优点在于：
（1）利用了有机发泡材料自膨胀的特性，使充填墙体能够紧密接顶，膨胀性有机发泡材料具有很大的压缩比，在顶板压力的作用下不会被破坏，有效的封闭采空区；
（2）膨胀性有机发泡充填墙体施工简单，一台气动注浆泵即可完成施工，大大降低劳动强度；
（3）柔性让压护巷充填墙体建设初期，在顶板压力作用下，上部分膨胀性有机发泡充填墙体增阻速度慢，能够保护下部分似膏体充填墙体不被破坏，大大提高了充填墙体的稳定性和安全性；
（4）充填墙体的建设利用了井下矸石，大大减少煤矿固体废弃物的排放，实现了绿色开采。
附图说明
图1为本发明无煤柱充填开采柔性让压护巷充填墙体示意图：
图中标号分别为：1-金属铰接顶梁，2-帘布，3-有机发泡充填墙体，4-充填模板，5-单体液压支柱，6-似膏体充填墙体。
具体实施方式
下面参照附图对本发明无煤柱充填开采柔性让压护巷充填墙体进行详细说明，但不限于此。
（1）实施例1
第一步：计算膨胀性有机发泡充填墙体高度h1和似膏体充填体高度h2：
式中：h1-顶板下沉量预测值，单位m；
h2-顶板下沉量预测值，单位m；
l-留巷宽度，单位m；
L-老顶岩梁的跨度，单位m；
h-采高，单位m
第二步：采煤工作面采过后按照现有巷道充填方法进行留巷，用双排金属铰接顶梁（1）与单体液压支柱（5）加强巷旁顶板支护，单体液压支柱内侧安装充填模板（4），模板内侧安装帘布（2）；
第三步：在帘布内侧充填似膏体充填材料（6），至高度h2，似膏体充填墙体由质量比为1：0.3：1.2：1.7：2.8的水、水泥、粉煤灰、河沙和矸石的混合物组成；河沙细度模数为3.4，矸石的粒度级配为5～10 cm,16～20cm，其中，粒度16～20cm的矸石：粒度5～10cm矸石的重量比为7:3；似膏体充填墙体1d单轴抗压强度大于1.2MPa，28d强度大于10MPa；1d后充填酚醛树脂发泡充填材料，发泡材料充填后自膨胀，发泡倍数为10倍，体积压缩量为80%时单轴抗压强度为1.15MPa，主动施压接顶，形成有机发泡充填墙体（3），并和似膏体充填墙体紧密结合，形成柔性让压护巷充填墙体；
第四步:撤掉两侧单体液压支柱（5），金属铰接顶梁（1）和充填模板（4）；
第五步:随着工作面推进，重复上述步骤二至步骤四。
（2）实施例2
第一步：计算膨胀性有机发泡充填墙体高度h1和似膏体充填体高度h2：
式中：h1-顶板下沉量预测值，单位m；
h2-顶板下沉量预测值，单位m；
l-留巷宽度，单位m；
L-老顶岩梁的跨度，单位m；
h-采高，单位m；
第二步：采煤工作面采过后按照现有巷道充填方法进行留巷，用双排金属铰接顶梁（1）与单体液压支柱（5）加强巷旁顶板支护，单体液压支柱内侧安装充填模板（4），模板内侧安装帘布（2）；
第三步：在帘布内侧充填似膏体充填材料（6），至高度h2，似膏体充填墙体由质量比为1：0.3：1.2：1.7：2.8的水、水泥、粉煤灰、河沙和矸石的混合物组成；河沙细度模数为3.4，矸石的粒度级配为5～10 cm,16～20cm，其中，粒度16～20cm的矸石：粒度5～10cm矸石的重量比为7:3；似膏体充填墙体1d单轴抗压强度大于1.2MPa，28d强度大于10MPa；1d后充填尿醛树脂发泡充填材料，发泡材料充填后自膨胀，发泡倍数为30倍，体积压缩量为80%时单轴抗压强度为0.75MPa，主动施压接顶，形成有机发泡充填墙体（3），并和似膏体充填墙体紧密结合，形成柔性让压护巷充填墙体；
第四步：撤掉两侧单体液压支柱（5），金属铰接顶梁（1）和充填模板（4）；
第五步：随着工作面推进，重复上述步骤二至步骤四。
（3）实施例3
第一步：计算膨胀性有机发泡充填墙体高度h1和似膏体充填体高度h2：
式中：h1-顶板下沉量预测值，单位m；
h2-顶板下沉量预测值，单位m；
l-留巷宽度，单位m；
L-老顶岩梁的跨度，单位m；
h-采高，单位m；
第二步：采煤工作面采过后按照现有巷道充填方法进行留巷，用双排金属铰接顶梁（1）与单体液压支柱（5）加强巷旁顶板支护，单体液压支柱内侧安装充填模板（4），模板内侧安装帘布（2）；
第三步：在帘布内侧充填似膏体充填材料（6），至高度h2，似膏体充填墙体由质量比为1：0.3：1.2：1.7：2.8的水、水泥、粉煤灰、河沙和矸石的混合物组成；河沙细度模数为3.4，矸石的粒度级配为5～10 cm,16～20cm，其中，粒度16～20cm的矸石：粒度5～10cm矸石的重量比为7:3；似膏体充填墙体1d单轴抗压强度大于1.2MPa，28d强度大于10MPa；1d后充填聚氨酯发泡充填材料，发泡材料充填后自膨胀，发泡倍数为71.5倍，体积压缩量为80%时单轴抗压强度为0.10MPa，主动施压接顶，形成有机发泡充填墙体（3），并和似膏体充填墙体紧密结合，形成柔性让压护巷充填墙体；
第四步：撤掉两侧单体液压支柱（5），金属铰接顶梁（1）和充填模板（4）；
第五步：随着工作面推进，重复上述步骤二至步骤四。
Claims (3)
1.无煤柱充填开采柔性让压护巷充填墙体，其特征在于：柔性让压护巷充填墙体由上下两部分组成，上部分为可压缩的膨胀性有机发泡充填墙体，下部分为似膏体充填墙体。
2.根据权利要求1所述的无煤柱充填开采柔性让压护巷充填墙体，其特征在于：可压缩的膨胀性有机发泡充填墙体所采用的发泡材料发泡倍数为10～75倍，体积压缩量为90％时的单轴抗压强度小于1.2MPa。
3.根据权利要求1所述的无煤柱充填开采柔性让压护巷充填墙体，其特征在于：似膏体充填墙体1d单轴抗压强度大于1.2MPa，28d单轴抗压强度大于10MPa。
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