CN208153054U - 一种充填袋体及支护充填柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及煤矿支护领域，尤其涉及一种充填袋体及支护充填柱。充填袋体包括：柔性第一袋体、柔性第二袋体以及位于柔性第一袋体和柔性第二袋体之间的隔膜，柔性第二袋体外围或夹层缝制有钢箍，柔性第一袋体和柔性第二袋体的外侧壁上部分别设置有注浆孔，柔性第一袋体的顶端面设置有排气孔；隔膜上设置有通孔；柔性第二袋体的周向上设置有若干挂耳。充填柱包括第一快速凝固材料构筑成的第一支柱段、第二快速凝固材料构筑成的第二支柱段和充填袋体。本实用新型采用充填袋构筑充填柱的工序简单、充填柱快速成型，同时，充填柱的第一支柱段和第二支柱段的高度可以精准控制。

Description

一种充填袋体及支护充填柱

技术领域

本实用新型涉及煤矿支护领域，尤其涉及一种充填袋体及支护充填柱。

背景技术

煤矿开采过程中，工作面煤层中经常会遇到空巷现象，对工作面煤层空巷的支护问题一直是国内的难题，在工作面逐渐接近、揭露空巷时，经常会发生顶板来压严重，回采工作面片帮和冒顶事故发生，严重者会导致工作面顶板漏顶、压架或倒架等事故，对井下安全生产造成非常大的被动局面。

目前，国内外解决办法主要有：(1)用密集的单体或木垛加强空巷顶板支护；(2)用锚杆、锚索加固空巷顶板和两帮支护；(3)采用高水材料进行全充填；(4)以空巷为切眼重新布置工作面。密集单体或木垛承载能力有限，抵抗工作面支撑压力时容易产生冒顶和大面积片帮，造成巷道顶板下沉，片帮和冒落岩石堵塞巷道，给工作面过空巷造成很大困难，此种情况下，当工作面接近空巷时，其间煤柱处于破碎或塑性状态，基本无承载力，直接顶在空巷上方断裂，工作面顶板大幅下沉，底板底鼓加剧抬高，煤壁大量片帮，支架被压死，甚至出现工作面冒顶，造成重大安全事故。采用锚杆、锚索加固空巷顶板和两帮支护，对维护空巷顶板和两帮的完整性有一定作用，顶板一般不会大面积垮落；但由于空巷围岩已处于塑性或破裂状态，控制后的围岩仍然难以承载超前来压作用，随着工作面的推进，不能有效控制顶板的提前下沉或断裂。在揭露过程中工作面推进困难，容易出现安全问题。采用高水类材料将空巷进行全部充填，对减少顶板下沉、控制片帮有积极作用，但是，一般空巷总体积较大，充填材料用量较大，成本高，充填时间较长，充填工艺控制复杂，耗费大量人力物力财力，同时给工作面割煤出煤带来非常量大的灰分且难以在洗煤系统洗出灰分，严重影响煤质煤品。以空巷为切眼重新布置工作面，会造成较大量的煤炭资源的丢失，同时工作面支架搬家和重新安装也耗费大量的人力、物力资源和时间经济效益。

现行的支护充填柱工艺繁琐，在井下狭窄的空间内存在施工不便的问题，同时，目前用于充填柱的充填袋在充填过程中存在不能保证充填柱体有效成型的问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

为了解决目前充填柱制作工艺繁琐和有效成型的问题，本实用新型提供一种充填袋体及支护充填柱。

(二)技术方案

为了达到上述的目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

一种用于支护充填柱的充填袋体，所述充填袋体包括：柔性第一袋体、柔性第二袋体以及位于所述柔性第一袋体和所述柔性第二袋体之间的隔膜，所述柔性第二袋体外围或夹层缝制有钢箍，所述柔性第一袋体和所述柔性第二袋体的外侧壁上部分别设置有注浆孔，所述柔性第一袋体的顶端面设置有排气孔；所述隔膜上设置有通孔；所述柔性第二袋体的周向上设置有若干挂耳；所述排气孔为位于所述顶端面中心的单个孔或者为周向均匀分布在所述顶端面上的多个孔；所述通孔为位于所述隔膜中心的单个孔或者为周向均匀分布在所述隔膜上的多个孔。

进一步的，所述钢箍为等间距排列的若干圆形钢箍。

进一步的，所述钢箍为沿柔性第二袋体长度方向延伸的螺旋钢箍。一种采用充填袋构筑的支护充填柱，所述充填柱包括：第一快速凝固材料构筑成的第一支柱段、第二快速凝固材料构筑成的第二支柱段和充填袋体；

所述第一支柱段高度小于所述第二支柱段的高度。

所述第一快速凝固材料至少充填所述柔性第一袋体；所述第二快速凝固材料至少充填所述柔性第二袋体。

进一步的，所述第一快速凝固材料为发泡材料；所述发泡材料的压缩变形量大于等于50％；所述发泡材料为聚氨酯树脂泡沫和/或酚醛树脂泡沫。

进一步的，所述第二快速凝固材料为复合粉体材料；所述复合粉体材料在所述柔性第二袋体内的初凝时间为1-2min，1h强度大于5MPa，最终达到的凝结强度大于等于15Mpa；所述复合粉体材料包括超细硅酸盐水泥、超细硫铝熟料粉、超细石膏粉、活性粉煤灰、超细熟石灰粉和触变剂。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种充填袋体包括：柔性第一袋体、柔性第二袋体以及位于柔性第一袋体和柔性第二袋体之间的隔膜，柔性第二袋体外围或夹层缝制有钢箍，柔性第一袋体和柔性第二袋体的外侧壁上部分别设置有注浆孔，柔性第一袋体的顶端面设置有排气孔；隔膜上设置有通孔；柔性第二袋体的周向上设置有若干挂耳；排气孔为位于顶端面中心的单个孔或者为周向均匀分布在顶端面上的多个孔；通孔为位于隔膜中心的单个孔或者为周向均匀分布在隔膜上的多个孔。该充填袋体设计合理、可折叠压缩、运输方便。

利用该充填袋体构筑的充填柱包括：第一快速凝固材料构筑成的第一支柱段、第二快速凝固材料构筑成的第二支柱段和充填袋体；采用复合粉体材料搭配该充填袋体构筑充填柱时，具有工序简单和快速成型的优点。

采用上述充填袋体构筑充填柱的过程中，由于柔性第一袋体的顶端面排气孔和隔膜上通孔的设置，充填过程中充填袋体内的气体可以均匀向上排出而不会对充填袋体的侧壁产生过大的压力，使得充填过程中充填袋体保持稳定。

由于隔膜的设置起到了初步定位的作用，可以快速将充填袋体各充填支柱段的高度初步确定。

由于挂耳和隔膜通孔的设置，使得在充填过程中，可以进一步精确控制第一支柱段的高度，从而让巷道顶板有足量的应力释放空间，有效防止顶板沉降时冲击压力过大对充填柱造成破坏。而第一快速凝固材料和第二快速凝固材料通过隔膜通孔进行接触反应并相互黏连，在一定程度上提高了充填柱的整体性和安全性。

同时，本实用新型的支护充填柱可以适量压缩，在承压初期主动让压，避免顶板下层的冲击压力对柱体的动压破坏，同时让压后承压力逐渐增大，达到承压较大静压的抗压要求；

满足“支得住，割得动”要求，支柱体强度设计符合煤矿井下安全生产的需要，在保证提供良好的支撑力情况下，材料的强度、硬度满足割煤机割裂要求，否则过小的支护体强度不能得到有效的支撑性能，而支护体强度过高的、支护体材料硬度过大，煤矿生产过程中，割煤机无法割断支护柱体，只能采取人工爆破方式进行拆除，增大了劳动强度，增加影响安全生产的隐患，不符合井下安全生产规程要求；

满足支护充填柱对残余强度的要求，即使柱体在被压裂的情况下仍然具有较高的残余支撑强度，残余强度可保持在设计抗压强度的70％以上，即达到“裂而不坏”的目的，不会出现如混凝土被破坏时的碎裂性破坏而强度立即失效的情况。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种用于支护充填柱的充填袋体的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一种用于支护充填柱的充填袋体的结构示意图。

【附图标记说明】

1：柔性第一袋体；2：通孔；3：隔膜；4：柔性第二袋体；5：柔性第一袋体排气孔；6：柔性第一袋体注浆孔；7：挂耳；8：柔性第二袋体注浆孔；9：钢箍。

具体实施方式

为了更好地解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

如图1所示，一种用于支护充填柱的充填袋体，充填袋体为圆柱体，充填袋体包括：柔性第一袋体1、柔性第二袋体4以及位于柔性第一袋体 1和柔性第二袋体4之间的隔膜，柔性第二袋体4外围或夹层缝制有钢箍 9；其中，柔性第一袋体1的顶端面设置有排气孔；隔膜3上设置有通孔 2；排气孔为位于顶端面中心的单个孔或者为周向均匀分布在顶端面上的多个孔；通孔2为位于隔膜3中心的单个孔或者为周向均匀分布在隔膜3 上的多个孔。本实施例中，柔性第一袋体排气孔5的数量为一个，通孔2 的数量为围绕隔膜3中心周向均匀分布的四个；柔性第一袋体1的外侧壁上部设置有柔性第一袋体注浆孔6，柔性第二袋体4的外侧壁上部设置有柔性第二袋体注浆孔8，柔性第一袋体1的高度小于柔性第二体的高度 4。

柔性第二袋体4外围或夹层缝制有等间距排列的若干圆形钢箍9，本实施例中，各个圆形钢箍9间的距离为15cm。同时，柔性第二袋体4的周向上等间距地设置有4个挂耳7，以方便悬挂袋体。特别说明的是，钢箍9也可以设置为沿柔性第二袋体4长度方向延伸的螺旋形钢箍9，如图 2所示，与图1不同的是柔性第二袋体4外围或夹层缝制有螺旋钢箍9。缝制有螺旋钢箍9的柔性第二袋体4包括压缩状态和伸展状态，在压缩状态下，柔性第二袋体4的螺旋钢箍9处于受迫压缩状态。与图1所示的充填袋体不同的是，当缝制有螺旋钢箍9的柔性第二袋体4由压缩状态释放时，由于处于压缩态的螺旋钢箍9回复初始状态，会带动柔性第二袋体4伸展直立。本实施例中，挂耳7设置在柔性第二袋体4最上部的钢圈上。

注浆充填过程中，隔膜3的设置起到了初步定位的作用，可以快速将充填袋体各充填支柱段的高度初步确定。钢箍9起到快速定型、防止片塌作用；充填柱硬化支撑时，钢箍9可提供约束力，提高充填柱的支撑力、残余强度和充填柱的安全性；设置有钢箍9的充填袋体可折叠压缩、方便运输，同时，通过钢箍9可粗略调节充填袋体的高度以满足不同巷道的高度要求。

本实施例中，充填袋体的直径有60cm、80cm、100cm和120cm四种，柔性第一袋体1高度为30cm。柔性第一袋体1、柔性第二袋体4和隔膜 3均选用阻燃抗静电型尼龙涂布。

一种采用充填袋构筑的支护充填柱，充填柱包括：第一快速凝固材料构筑成的第一支柱段、第二快速凝固材料构筑成的第二支柱段和充填袋体；第一支柱段高度小于第二支柱段的高度。第一快速凝固材料至少充填柔性第一袋体；第二快速凝固材料至少充填柔性第二袋体。通过隔膜3上设置的通孔2，两种快速凝固材料相互间通过接触反应会相互黏连，在一定程度上提高了充填柱的整体性和安全性。

通过柔性第二袋体注浆孔8向柔性第二袋体4内充填复合粉体材料，从而形成充填柱的第二支柱段高度，复合粉体材料包括超细硅酸盐水泥、超细硫铝熟料粉、超细石膏粉、活性粉煤灰、超细熟石灰粉和触变剂，复合粉体材料的初凝时间为1-2min，1h强度大于5Mpa，最终达到的凝结强度大于等于15Mpa，复合粉体材料强度大小可满足“支得住，割得动”要求，不仅能提供足够的支撑强度，而且可以通过割煤机快速切割，不影响煤矿安全生产进度；充填过程中柔性第二袋体4内部的气体可通过通孔2和柔性第一袋体排气孔5排除；一般情况下，使用普通快硬水泥向柔性第二袋体4内充填，当充填高度高于4m时，由于柔性第二袋体 4内部快硬水泥仍未凝固，还具有流动性，此时柔性第二袋体4的侧压力非常大，如果不借助于特殊的支护手段对充填袋进行支护作业，则难以保证充填柱的第二支柱段高度有效成型，而本实用新型借助于向柔性第二袋体4内充填复合粉体材料，由于复合粉体材料特殊的快速凝结的性质，注入柔性第二袋体4内后能快速凝固，对柔性第二袋体4的侧压力很小，构筑支柱体时，安全性能高，不会出现第二支柱段高度歪斜，充填袋体鼓突，顶部挂耳撕裂等现象。

通过柔性第一袋体注浆孔6向柔性第一袋体1充填发泡材料，从而形成充填柱的第一支柱段高度，发泡材料为聚氨酯树脂泡沫和/或酚醛树脂泡沫，发泡材料的压缩变形量大于等于50％，发泡材料具有自发性，能快速充满整个预留空间，实现柱体与顶板之间良好接顶效果；发泡材料形成让压层，满足“让-抗”支护要求，支护充填柱可以适量压缩，顶板受冲击压力下沉时，通过让压层受压压缩变形作用，在承压初期柱体可以主动让压，避免顶板下层的冲击压力对柱体的动压破坏，同时让压后承压力逐渐增大，达到承压较大静压的抗压要求；充填过程中柔性第一袋体1内部的气体通过柔性第一袋体排气孔5排除。

充填柱构筑过程中，由于设置在隔膜3上均匀排布的通孔2和柔性第一袋体1的顶端中心位置的柔性第一袋体排气孔5，使得充填过程中柔性第二袋体4内部的气体可垂直向上运动，不会对侧壁产生压力，从而保证充填袋体的平稳，使得充填袋体周向上充填的复合粉体材料均匀分布，进而让充填柱周向上组织结构均匀，保证了最终构筑的充填柱各处强度均匀。同时，通过挂耳7可以对柔性第二袋体4与巷道顶板的距离进行小幅度的调节，还可以通过调节挂耳7和通过通孔2调节第一快速凝固材料和第二快速凝固材料的充填量，进一步精确控制第一支柱段的高度，从而让巷道顶板有足量的应力释放空间，有效防止顶板沉降时冲击压力过大对充填柱造成破坏。

下面具体说明本实用新型充填袋体的应用，用充填袋体构筑充填柱的施工方法，包括如下步骤：

1)在需要设置充填柱的巷道内选取合适的位置，先通过充填袋体的隔膜3大致确定充填袋体的悬挂高度，再通过挂耳7将充填袋体悬挂在巷道顶板的铁丝网上，按照所需第一支柱段的高度调节好挂耳的位置，或者释放螺旋钢箍9，使其弹性扩张而使充填袋体伸展，通过调节螺旋钢箍9和调节挂耳7达到所需第一支柱段的高度；

2)将充填袋体柔性第二袋体的注浆孔8与第一注浆管路相连接，第一注浆管路另一端与螺杆式灰浆泵连接，通过螺杆式灰浆泵将复合粉体材料注入柔性第二袋体4，根据充填柱所需的高度，充填出所需高度的第二支柱段；当柔性第二袋体4被注满时，形成的第二支柱段与巷道顶板的之间的距离大于30cm时，可以继续向柔性第二袋体4注入复合粉体材料，复合粉体材料通过设置在隔膜3上的通孔2注入到充填袋体的柔性第一袋体1，待所充填的第二支柱段与巷道顶板的距离达到预定距离后，停止充填；第一注浆管路可以根据实际巷道注浆情况设计，其注浆管路长度可达到800m，因此，在有效距离内进行注浆充填，减少材料、设备运输挪动，提高注浆充填效率，减少人力物力成本。

3)将充填袋柔性第一袋体的注浆孔6与第二注浆管路相连接，第二注浆管路另一端与螺杆式灰浆泵连接，通过螺杆式灰浆泵将发泡材料注入柔性第一袋体1，其中，如果柔性第二袋体4没有完全被复合粉体材料充填满，则通过隔膜3上的通孔2，发泡材料注入到充填袋体的柔性第二袋体4，直至柔性第一袋体1上部与巷道顶板接顶，完成充填柱的构筑。

构筑的充填柱养护期结束完全硬化后，保留充填袋体，充填袋体的钢箍会提高充填柱的安全性和支护强度，一方面复合粉体材料具有良好的残余强度，在受压极限情况下会出现开裂情况，但是不会出现类似混凝土性质的碎裂性破坏，复合粉体材料强度不会立即失效，另一方面在充填袋体与钢箍紧握包裹作用下，使复合粉体材料开裂受限，提高其垂直方向的支撑力，提高支柱体整体的残余支撑强度，从而使残余强度可保持在设计抗压强度的70％以上，实现柱体“裂而不坏”的目的。

本实用新型中，隔膜3能够更有效区分上下层材料，获得分层设置的结构，进而保证充填柱承压和让压完美实现。

需要理解的是，以上对本实用新型的具体实施例进行的描述只是为了说明本实用新型的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，但本实用新型并不限于上述特定实施方式。凡是在本实用新型权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于支护充填柱的充填袋体，所述充填袋体包括：柔性第一袋体、柔性第二袋体以及位于所述柔性第一袋体和所述柔性第二袋体之间的隔膜，所述柔性第二袋体外围或夹层缝制有钢箍，所述柔性第一袋体和所述柔性第二袋体的外侧壁上部分别设置有注浆孔，其特征在于，所述柔性第一袋体的顶端面设置有排气孔；所述隔膜上设置有通孔；所述柔性第二袋体的周向上设置有若干挂耳；

所述排气孔为位于所述顶端面中心的单个孔或者为周向均匀分布在所述顶端面上的多个孔；

所述通孔为位于所述隔膜中心的单个孔或者为周向均匀分布在所述隔膜上的多个孔。

2.根据权利要求1所述的充填袋体，其特征在于，所述钢箍为等间距排列的若干圆形钢箍。

3.根据权利要求1所述的充填袋体，其特征在于，所述钢箍为沿柔性第二袋体长度方向延伸的螺旋钢箍。

4.根据权利要求3所述的充填袋体，其特征在于，所述柔性第二袋体包括压缩状态和伸展状态，在压缩状态下，所述柔性第二袋体的螺旋钢箍处于受迫压缩状态。

5.一种采用权利要求1-4任一项所述的充填袋体构筑的支护充填柱，其特征在于，所述充填柱包括：第一快速凝固材料构筑成的第一支柱段、第二快速凝固材料构筑成的第二支柱段和所述充填袋体；

所述第一支柱段高度小于所述第二支柱段的高度。

6.根据权利要求5所述的充填柱，其特征在于，所述第一快速凝固材料至少充填所述柔性第一袋体；

所述第二快速凝固材料至少充填所述柔性第二袋体。

7.根据权利要求6所述的充填柱，其特征在于，所述第一快速凝固材料为发泡材料；

所述发泡材料的压缩变形量大于等于50％；

所述发泡材料为聚氨酯树脂泡沫和/或酚醛树脂泡沫。

8.根据权利要求6所述的充填柱，其特征在于，所述第二快速凝固材料为复合粉体材料；

所述复合粉体材料在所述柔性第二袋体内的初凝时间为1-2min，1h强度大于5MPa，最终达到的凝结强度大于等于15Mpa。