無煤柱充填開采柔性讓壓護巷充填墻體及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種無煤柱充填開采柔性讓壓護巷充填墻體及其施工方法，屬于煤礦巷道支護技術(shù)。該充填墻體由上下兩部分組成，上部分為有較大縮量的膨脹性有機發(fā)泡充填墻體，發(fā)泡倍數(shù)為10～75倍，體積壓縮量為80%時的單軸抗壓強度不大于1.2Mpa；下部分為似膏體充填墻體，似膏體充填墻體由質(zhì)量比為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組成，1d單軸抗壓強度大于1.2Mpa，28d強度大于10Mpa；本發(fā)明通過計算，調(diào)節(jié)兩種充填體的充填高度和配置比例，可以使充填體的可縮性在合理的范圍內(nèi)，這樣能較好的適應頂板巖層的運動規(guī)律，保證了沿空留巷的穩(wěn)定性。
【專利說明】無煤柱充填開采柔性讓壓護巷充填墻體及其施工方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦巷道支護技術(shù)，具體是一種無煤柱充填開采柔性讓壓護巷充填墻體及其施工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]沿空留巷是無煤柱護巷的一種形式，其中無煤柱護巷是煤礦開采及回采巷道支護技術(shù)的一項重大變革，它對合理開發(fā)煤炭資源，提高煤炭資源回收率，減少巷道掘進量，緩解礦井采掘接替的緊張局面，改善巷道維護狀況，提高礦井開采效益，減少煤與瓦斯突出的概率，實現(xiàn)礦井集約化生產(chǎn)有顯著效果。
[0003]目前，國內(nèi)外應用較廣的巷旁支護方式主要有:木垛支護、密集支柱支護、矸石帶支護、人造砌塊以及巷旁泵送充填材料支護技術(shù)等。根據(jù)圍巖與支護共同作用原理，只能通過適當支護抵制頂板壓力、釋放壓力，通過巷旁充填材料的讓壓變形，減緩巷道其他部位的壓力，控制巷道整體變形，使其滿足生產(chǎn)需要。所以，有一定支護阻力和允許讓壓變形的巷旁支護墻體的研發(fā)迫在眉睫。
[0004]專利CN 101725368 B (申請?zhí)?00910231527.4)公開了一種厚煤層大采高工作面沿空留巷方法，它主要是在巷旁充填體頂部留下的變形空間內(nèi)，安裝柔性讓壓氣囊，氣囊充氣后高度等于頂板下沉量預測值，通過氣囊放氣讓頂板巖梁完成回轉(zhuǎn)，直接壓在巷旁充填體上，同時在采空區(qū)內(nèi)觸矸穩(wěn)定，使巷旁充填體不再承受劇烈的頂板壓力，保證充填體的安全，實現(xiàn)沿空留巷。其不足是:安裝的柔性讓壓氣囊之間難以密封，特別是在氣囊充放氣變形的情況下，難以有效隔絕采空區(qū)；同時氣囊成本比較高，安裝拆卸麻煩，勞動強度高。
[0005]專利CN 101967992 B (申請?zhí)?01010285240.2)公開了一種薄煤層無煤柱開采不等強承載巷旁充填體，在膏體充填墻外側(cè)接有矸石帶，膏體充填墻與矸石帶等高，膏體充填墻與矸石帶形成不等強耦合巷旁充填體，能夠有效的提供工作阻力，也有一定的可縮量，能夠讓壓，就地消化產(chǎn)生的矸石。其不足是:充填墻與矸石帶形成不等強耦合巷旁充填體讓壓效果較差，施工復雜，勞動強度高。
[0006]專利CN 101949301 B (申請?zhí)?01010270254.7)公開了一種煤礦井下沿空留巷不等強承載巷旁充填體，它由1.5?2.0米寬的矸石袋堆砌而成的矸石墻和1.5?2.0米寬的膏體充填體緊密結(jié)合在一起，形成一個不等強材料耦合而成的巷旁充填體，能夠明顯降低原巷旁充填體承擔的壓力，也有一定的可縮量，能夠讓壓，就地消化產(chǎn)生的矸石。其不足是:矸石袋堆砌而成的矸石墻和膏體充填體形成的不等強耦合巷旁充填體讓壓效果較差，施工復雜，勞動強度高。
[0007]專利CN 101922292 B (申請?zhí)?01010105609.7)公開了一種煤礦沿空留巷巷旁分
段承載不等強支護原理及應用，它的運輸巷巷旁支護分為上下兩層充填材料組合支護。上層采用強度低變形量大的充填材料，下層采用采用強度較高的充填材料，從而達到支護和密封雙重效果。其不足是:該專利只提供一種籠統(tǒng)的支護理念，缺乏實際可行的操作手段，無法滿足不同支護環(huán)境下的操作需求；充填結(jié)構(gòu)上層充填體的讓壓功能無法定量確定，施工復雜，留巷成本較高。
[0008]專利CN 102296987 A (申請?zhí)?0111026469L 2)公開了一種巷旁充填沿空留巷軟介質(zhì)接頂方法，通過在充填體和頂板之間采用軟方木或橡膠材料接頂，使充填結(jié)構(gòu)遵循沿空留巷頂板下沉規(guī)律，提高充填結(jié)構(gòu)縱向可縮量和橫向穩(wěn)定性。其不足是:軟方木或橡膠材料讓壓效果不理想，軟介質(zhì)被壓縮后，介質(zhì)外側(cè)封閉材料沒有讓壓的性能，且沒有支撐頂板的強度，在頂板壓力作用下，介質(zhì)外側(cè)封閉材料容易被破壞，封閉采空區(qū)效果較差。
[0009]專利CN 102705002 A (申請?zhí)?01210158287.1)公開了一種沿空留巷巷旁適量讓壓不等強組合充填結(jié)構(gòu)及施工方法，該充填結(jié)構(gòu)的上層充填體是用矸石袋堆積起來的，矸石袋中裝有水、水泥和碎矸石混合物；下層充填體是一個膏體充填墻，通過調(diào)節(jié)兩種充填體的充填高度和配置比例，可以使充填體的可縮性在合理的范圍內(nèi)，保證沿空留巷的穩(wěn)定性。其不足是:矸石袋堆砌而成的矸石墻讓壓效果欠佳，施工復雜，勞動強度高，封閉采空區(qū)效果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服現(xiàn)有沿空留巷充填墻體結(jié)構(gòu)復雜、施工困難、成本高、讓壓效果差的缺陷，本發(fā)明提供一種無煤柱充填開采柔性讓壓護巷充填墻體及其施工方法，這是一種不等強的組合充填結(jié)構(gòu)，具有讓壓功能，遵循沿空留巷頂板下沉規(guī)律，提高充填墻體縱向可縮量和橫向穩(wěn)定性。
[0011]為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明無煤柱充填開采柔性讓壓護巷充填墻體分為上下兩部分組成，上部分為有較大縮量的膨脹性有機發(fā)泡充填墻體，下部分為似膏體充填墻體。
[0012]所述的上部分充填 墻體，具體是膨脹性有機發(fā)泡充填墻體，高度為Ii1，為發(fā)泡酚醛樹脂、發(fā)泡尿醛樹脂、發(fā)泡聚氨酯的一種或其組合；發(fā)泡倍數(shù)為10~75倍，體積壓縮量為80%時的單軸抗壓強度不大于1.2Mpa。
[0013]所述的下部分充填 墻體，具體是似膏體充填墻體,高度為h2，似膏體充填墻體由質(zhì)量比為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組成；河沙細度模數(shù)為3.4,砰石的粒度級配為5~10 cm, 16~20cm,其中，粒度16~20cm的砰石:粒度5~IOcm矸石的重量比為7:3 ;似膏體充填墻體Id單軸抗壓強度大于1.2Mpa，28d強度大于IOMpa?
[0014]所述的無煤柱充填開采柔性讓壓護巷充填墻體其施工方法為:
第一步:計算膨脹性有機發(fā)泡充填墻體高度h和似膏體充填體高度h2:



A1 = — * A


1 L
k2 =h —
式中A1-頂板下沉量預測值，單位m ； h2-頂板下沉量預測值，單位m ；
1-留巷寬度，單位m ；
L-老頂巖梁的跨度，單位m ； h-采高，單位m ；
第二步:采煤工作面采過后按照現(xiàn)有巷道充填方法進行留巷，用雙排金屬鉸接頂梁與單體液壓支柱加強巷旁頂板支護，單體液壓支柱內(nèi)側(cè)安裝充填模板，模板內(nèi)側(cè)安裝簾布；第三步:在簾布內(nèi)側(cè)充填似膏體充填材料，至高度h2，Id后充填膨脹性有機發(fā)泡充填材料,有機發(fā)泡材料自膨脹,主動施壓接頂,形成有機發(fā)泡充填墻體,并和似膏體充填墻體緊密結(jié)合，形成柔性讓壓護巷充填墻體；
第四步:撤掉兩側(cè)單體液壓支柱，金屬鉸接頂梁和充填模板；
第五步:隨著工作面推進，重復上述步驟二至步驟四 。
[0015]與其他讓壓的巷旁支護墻體和建設方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
(1)利用了有機發(fā)泡材料自膨脹的特性，使充填墻體能夠緊密接頂，膨脹性有機發(fā)泡材料具有很大的壓縮比，在頂板壓力的作用下不會被破壞，有效的封閉采空區(qū)；
(2)膨脹性有機發(fā)泡充填墻體施工簡單，一臺氣動注漿泵即可完成施工，大大降低勞動強度；
(3)柔性讓壓護巷充填墻體建設初期，在頂板壓力作用下，上部分膨脹性有機發(fā)泡充填墻體增阻速度慢，能夠保護下部分似膏體充填墻體不被破壞，大大提高了充填墻體的穩(wěn)定性和安全性；
(4)充填墻體的建設利用了井下矸石，大大減少煤礦固體廢棄物的排放，實現(xiàn)了綠色開米。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖一為本發(fā)明無煤柱充填開采柔性讓壓護巷充填墻體及其施工方法示意圖。
[0017]圖中標號分別為:1_金屬鉸接頂梁，2-簾布，3-有機發(fā)泡充填墻體，4-充填模板，5-單體液壓支柱,6-似膏體充填墻體。
【具體實施方式】
[0018]下面參照附圖對本發(fā)明無煤柱充填開采柔性讓壓護巷充填墻體及其施工方法進行詳細說明，但不限于此。
[0019](I)實施例1
第一步:計算膨脹性有機發(fā)泡充填墻體高度h和似膏體充填體高度h2:
H1 = — k
1 L
A2 = h —
式中A1-頂板下沉量預測值，單位m ； h2-頂板下沉量預測值，單位m ；
1-留巷寬度，單位m ；
L-老頂巖梁的跨度，單位m ； h-采高，單位m ；
第二步:采煤工作面采過后按照現(xiàn)有巷道充填方法進行留巷，用雙排金屬鉸接頂梁(I)與單體液壓支柱(5)加強巷旁頂板支護，單體液壓支柱內(nèi)側(cè)安裝充填模板(4)，模板內(nèi)側(cè)安裝簾布(2)；
第三步:在簾布內(nèi)側(cè)充填似膏體充填材料(6)，至高度h2，似膏體充填墻體由質(zhì)量比為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組成；河沙細度模數(shù)為3.4，石干石的粒度級配為5~10 cm, 16~20cm,其中，粒度16~20cm的砰石:粒度5~IOcm石干石的重量比為7:3 ;似膏體充填墻體Id單軸抗壓強度大于1.2Mpa，28d強度大于IOMpa ；ld后充填酚醛樹脂發(fā)泡充填材料，發(fā)泡材料充填后自膨脹，發(fā)泡倍數(shù)為10倍，體積壓縮量為80%時單軸抗壓強度為1.15Mpa，主動施壓接頂，形成有機發(fā)泡充填墻體(3)，并和似膏體充填墻體緊密結(jié)合，形成柔性讓壓護巷充填墻體；
第四步:撤掉兩側(cè)單體液壓支柱(5)，金屬鉸接頂梁(I)和充填模板(4)；
第五步:隨著工作面推進，重復上述步驟二至步驟四。
[0020](2)實施例 2
第一步:計算膨脹性有機發(fā)泡充填墻體高度h和似膏體充填體高度h2:


式中A1-頂板下沉量預測值，單位m ； h2-頂板下沉量預測值，單位m ；
1-留巷寬度，單位m ；
L-老頂巖梁的跨度，單位m ； h-采高，單位m ；
第二步:采煤工作面采過后按照現(xiàn)有巷道充填方法進行留巷，用雙排金屬鉸接頂梁(I)與單體液壓支柱(5)加強巷旁頂板支護，單體液壓支柱內(nèi)側(cè)安裝充填模板(4)，模板內(nèi)側(cè)安裝簾布(2)；
第三步:在簾布內(nèi)側(cè)充填似膏體充填材料(6)，至高度h2，似膏體充填墻體由質(zhì)量比為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組成；河沙細度模數(shù)為3.4，石干石的粒度級配為5~10 cm, 16~20cm,其中，粒度16~20cm的砰石:粒度5~IOcm石干石的重量比為7:3 ;似膏體充填墻體Id單軸抗壓強度大于1.2Mpa，28d強度大于IOMpa ；ld后充填尿醛樹脂發(fā)泡充填材料，發(fā)泡材料充填后自膨脹，發(fā)泡倍數(shù)為30倍，體積壓縮量為80%時單軸抗壓強度為0.75Mpa，主動施壓接頂，形成有機發(fā)泡充填墻體(3)，并和似膏體充填墻體緊密結(jié)合，形成柔性讓壓護巷充填墻體；
第四步:撤掉兩側(cè)單體液壓支柱(5)，金屬鉸接頂梁(I)和充填模板(4)；
第五步:隨著工作面推進，重復上述步驟二至步驟四。
[0021](3)實施例 3
第一步:計算膨脹性有機發(fā)泡充填墻體高度h和似膏體充填體高度h2:

h,=——h

1 L


h2 = k —
式中A1-頂板下沉量預測值，單位m ； h2-頂板下沉量預測值，單位m ；
1-留巷寬度，單位m ； L-老頂巖梁的跨度，單位m ； h-采高，單位m ；
第二步:采煤工作面采過后按照現(xiàn)有巷道充填方法進行留巷，用雙排金屬鉸接頂梁
(I)與單體液壓支柱(5)加強巷旁頂板支護，單體液壓支柱內(nèi)側(cè)安裝充填模板(4)，模板內(nèi)側(cè)安裝簾布(2)；
第三步:在簾布內(nèi)側(cè)充填似膏體充填材料(6)，至高度h2，似膏體充填墻體由質(zhì)量比為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組成；河沙細度模數(shù)為3.4，石干石的粒度級配為5?10 cm, 16?20cm,其中，粒度16?20cm的砰石:粒度5?IOcm石干石的重量比為7:3 ;似膏體充填墻體Id單軸抗壓強度大于1.2Mpa，28d強度大于IOMpa ；ld后充填聚氨酯發(fā)泡充填材料，發(fā)泡材料充填后自膨脹，發(fā)泡倍數(shù)為71.5倍，體積壓縮量為80%時單軸抗壓強度為0.1OMpa,主動施壓接頂，形成有機發(fā)泡充填墻體(3)，并和似膏體充填墻體緊密結(jié)合，形成柔性讓壓護巷充填墻體；
第四步:撤掉兩側(cè)單體液壓支柱(5)，金屬鉸接頂梁(I)和充填模板(4)；
第五步:隨著工作面推進，重復上述步驟二至步驟四。
【權(quán)利要求】
1.無煤柱充填開采柔性讓壓護巷充填墻體及其施工方法，其特征在于:柔性讓壓護巷充填墻體由上下兩部分組成，上部分為有較大縮量的膨脹性有機發(fā)泡充填墻體，下部分為似膏體充填墻體。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的上部分充填墻體，其特征在于:上部分膨脹性有機發(fā)泡充填墻體高度為Ii1，為發(fā)泡酚醛樹脂、發(fā)泡尿醛樹脂、發(fā)泡聚氨酯的一種或其組合；發(fā)泡倍數(shù)為10~75倍，體積壓縮量為95%時的單軸抗壓強度不大于1.2Mpa。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的下部分充填墻體，其特征在于:下部分似膏體充填墻體高度為h2，似膏體充填墻體由質(zhì)量比為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組成；河沙細度模數(shù)為3.4，矸石的粒度級配為5~10 cm, 16~20cm，其中，粒度16~20cm的矸石:粒度5~IOcm矸石的重量比為7:3 ;要求石膏體充填墻體Id單軸抗壓強度大于 1.2Mpa, 28d 強度大于 lOMpa。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的柔性讓壓護巷充填墻體及其施工方法為: 第一步:計算膨脹性有機發(fā)泡充填墻體高度h和似膏體充填體高度h2: 式中A1-頂板下沉量預測值，單位m ； h2-頂板下沉量預測值，單位m ； 1-留巷寬度，單位m ； L-老頂巖梁的跨度，單位m ； h-采高，單位m ； 第二步:采煤工作面采過后按照現(xiàn)有巷道充填方法進行留巷，用雙排金屬鉸接頂梁與單體液壓支柱加強巷旁頂板支護，單體液壓支柱內(nèi)側(cè)安裝充填模板，模板內(nèi)側(cè)安裝簾布；第三步:在簾布內(nèi)側(cè)充填似膏體充填材料，至高度h2，Id后充填膨脹性有機發(fā)泡充填材料，有機發(fā)泡材料自膨脹，主動施壓接頂，并和似膏體充填墻體緊密結(jié)合，形成柔性讓壓護巷充填墻體； 第四步:撤掉采空區(qū)一側(cè)單體液壓支柱，金屬鉸接頂梁和兩側(cè)充填模板； 第五步:隨著工作面推進，重復上述步驟二至步驟四。
【文檔編號】E21F15/00GK103485820SQ201310465941
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】展曉元, 吳如舟, 王芳, 李峰, 宋振騏, 張凱 申請人:山東科技大學, 青島宇田化工有限公司