一種用于大斷面沿空留巷的鋼管混凝土巷旁支護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于煤礦巷道支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于大斷面沿空留巷的鋼管混凝土巷旁支護(hù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]沿空留巷是指將已采工作面后方的回采巷道用一定的方法沿采空區(qū)邊緣保留下來，作為下一工作面的回采巷道。沿空留巷不僅可以取消區(qū)段保護(hù)煤柱，提高煤炭資源回采率，緩解采掘接替緊張，同時還可實現(xiàn)工作面“Y”型通風(fēng)，從根本上解決上工作面瓦斯超限及其上隅角瓦斯積聚難題。到目前為止，我國在沿空留巷理論與技術(shù)研宄方面做了大量的工作，在條件較好的薄及中厚煤層采煤工作面的沿空留巷技術(shù)已日趨完善，巷旁支護(hù)、巷內(nèi)支護(hù)、加強(qiáng)支護(hù)及煤幫加固技術(shù)已趨成熟，但在條件困難的中厚煤層或厚煤層較大斷面巷道中采用沿空留巷技術(shù)仍存在著一些技術(shù)難題。例如綜放開采、大采高等條件的大斷面沿空留巷，采場圍巖結(jié)構(gòu)和運(yùn)動規(guī)律與薄及中厚煤層有著顯著不同，其開采擾動劇烈，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，更易造成沿空留巷巷旁支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞失穩(wěn)，尤其是巷旁充填墻體。
[0003]目前，巷旁充填墻體主要以高水材料和混凝土膏體材料為主，支護(hù)效果得到大幅度改善。但在綜放開采、大采高等條件大斷面沿空留巷，其上覆巖層活動劇烈，而巷旁充填墻體高度也較大，造成其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對較差。大量實踐表明:沿空留巷巷旁充填墻體各個部位的礦壓顯現(xiàn)特征有較為明顯的區(qū)別，巷旁充填墻體側(cè)面中上部壓裂片落現(xiàn)象嚴(yán)重，中下部向巷內(nèi)移近量較大。巷內(nèi)即使采用架設(shè)木點柱、單體液壓支柱等方式也不能有效防止巷旁充填墻體側(cè)面大面積壓裂片落，木點柱劈裂或折斷、單體液壓支柱彎曲變形嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致巷旁充填墻體承載能力下降，易誘發(fā)巷旁支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞失穩(wěn)，使得一些礦井在應(yīng)用大斷面沿空留巷技術(shù)時沒有取得預(yù)期的效果，甚至留巷失敗，從而限制了沿空留巷技術(shù)在我國更廣泛地推廣應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，且適用于大斷面沿空留巷的鋼管混凝土巷旁支護(hù)系統(tǒng)及支護(hù)方法。
[0005]為實現(xiàn)本實用新型的上述目的，本實用新型提供一種用于大斷面沿空留巷的鋼管混凝土巷旁支護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括緊貼頂板的Π型鋼梁、支撐頂板π型鋼梁的鋼管混凝土立柱、套在鋼管混凝土立柱下部的橢圓環(huán)底座、以橢圓環(huán)底座為鉸接支點的傾斜液壓千斤頂，該傾斜液壓千斤頂端頭支撐在充填墻體表面的豎向Π型鋼梁和金屬網(wǎng)上。
[0006]所述的鋼管混凝土立柱包括8寸鋼管、5寸鋼管、橡皮塞、填充混凝土、垂直液壓千斤頂、環(huán)式管卡。
[0007]其中，8寸鋼管和5寸鋼管等長，5寸鋼管套在8寸鋼管內(nèi)，兩鋼管軸心相同；在兩端分別焊接2?3根橫鋼筋固定兩根鋼管，橫鋼筋一端焊接在8寸鋼管內(nèi)壁，另一端焊接在5寸鋼管外壁，以固定兩根鋼管；在8寸鋼管外部固定有多個環(huán)式管卡(2?4個)，環(huán)式管卡之間保持一定間距，固定環(huán)式管卡的數(shù)量及間距依據(jù)8寸鋼管長度而定；在距離鋼管一端0.3m的5寸鋼管內(nèi)安裝橡皮塞，橡皮塞直徑與5寸鋼管內(nèi)徑匹配，用于堵塞5寸鋼管；然后在另一端5寸鋼管內(nèi)及8寸鋼管和5寸鋼管之間填充混凝土，確保內(nèi)部密實。
[0008]其中，所述垂直液壓千斤頂安裝在鋼管混凝土立柱上端頭，其頂蓋與頂板Π型鋼梁接觸，用于支撐頂板Π型鋼梁，柱筒插入鋼管混凝土立柱5寸鋼管內(nèi)無注漿段，柱筒外徑與5寸鋼管內(nèi)徑相匹配，柱筒插入5寸鋼管內(nèi)無注漿段后不會搖擺晃動。當(dāng)巷道高度較大時，可升起柱筒使頂蓋與頂板Π型鋼梁接觸；當(dāng)巷道高度較小時，可降低柱筒使頂蓋與頂板Π型鋼梁接觸，以適應(yīng)不同巷道高度頂板支護(hù)，可調(diào)范圍在0.3m內(nèi)。
[0009]所述支撐桿為直徑80mm的鋼筋，兩端分別有卡槽，卡槽上布設(shè)有圓孔，圓孔與螺栓直徑匹配，用于螺栓穿過固定；所述環(huán)式管卡為圓環(huán)狀鋼板，圓環(huán)狀鋼板內(nèi)徑與8寸鋼管外徑匹配，能夠固定在8寸鋼管上；圓環(huán)狀鋼板邊緣設(shè)置有4個附耳，附耳上均鉆有圓孔，用于螺栓穿過；圓環(huán)狀鋼板上的附耳可嵌入支撐桿兩端卡槽，卡槽上的圓孔與圓環(huán)狀鋼板附耳上圓孔一一對應(yīng)，再安裝螺栓可連接兩根立柱。
[0010]所述充填墻體表面整體布置有金屬網(wǎng)，再沿充填墻體長度方向每間隔一定間距豎向布置一根Π型鋼梁，充填墻體上的豎向Π型鋼梁上端頭與頂板π型鋼梁鉸接，其間距與鋼管混凝土立柱間距相同，豎向Π型鋼梁長度與充填墻體高度一致，緊壓在充填墻體表面金屬網(wǎng)上。
[0011]所述鋼管混凝土立柱靠近充填墻體一側(cè)沿巷道走向布置兩排，間排距=700 X 500mm (可依據(jù)具體情況調(diào)整)，交錯邁步式布置，最靠近墻體側(cè)一排立柱距離充填墻體250mm，布置在該排立柱上的頂板Π型鋼梁呈“丁”字形，相鄰兩立柱上垂直液壓千斤頂頂蓋支撐在“丁”字形頂板Π型鋼梁兩端，其第三端與充填墻體的豎向Π型鋼梁上端頭鉸接；距離充填墻體最遠(yuǎn)的一排立柱之間均布置“一”字型Π型鋼梁。
[0012]所述橢圓環(huán)底座套在距離充填墻體較遠(yuǎn)的該排鋼管混凝土立柱底部，并與巷道底板接觸；所述橢圓環(huán)底座包括橢圓環(huán)底盤、管狀端頭、附耳及螺栓。橢圓環(huán)底盤外輪廓為橢圓形狀，內(nèi)輪廓為圓形，偏心布置于橢圓長軸一側(cè)，其直徑與8寸鋼管外徑匹配；管狀端頭為短鋼管，其內(nèi)徑與8寸鋼管外徑匹配；管狀端頭與橢圓環(huán)底盤上內(nèi)輪廓對齊，并焊接在橢圓環(huán)底盤上，用于套入鋼管混凝土立柱；所述管狀端頭焊接有一對附耳，該附耳沿橢圓長軸延伸到該長軸另一側(cè)，附耳上均設(shè)置有孔，所述傾斜液壓千斤頂?shù)撞壳度朐搶Ω蕉虚g，所述螺栓穿過該孔與該對附耳固定，形成鉸接結(jié)構(gòu)，所述傾斜液壓千斤頂另一端傾斜支撐在所述充填墻體表面的豎向Π型鋼梁上，當(dāng)頂板壓力過大時，所述充填墻體向下壓縮變形，傾斜液壓千斤頂端部能夠向下旋轉(zhuǎn)，以保證對充填墻體有足夠的支撐力，防止充填墻體壓裂片落或向巷內(nèi)移近。立柱與橢圓環(huán)底座之間不固定，在頂板壓力作用下，鋼管混凝土立柱扎底過程中，橢圓環(huán)底座并不受影響。
[0013]所述支撐桿布置方式為，同一排的鋼管混凝土立柱之間采用支撐桿連接固定后，支撐桿處于同一水平線上；由于兩排鋼管混凝土立柱采用交錯邁步式布置，兩排鋼管混凝土立柱之間支撐桿則以水平斜交方式連接固定，從而形成每三個鋼管混凝土立柱之間形成的一個等腰三角形結(jié)構(gòu)，鋼管混凝土立柱之間均采用該方法連接固定，最終形成一個穩(wěn)定的桁架結(jié)構(gòu)以支撐頂板。
[0014]巷旁支護(hù)系統(tǒng)的控制原理:在沿空留巷頂板初期，由鋼管混凝土立柱形成的桁架結(jié)構(gòu)與充填墻體協(xié)同控制頂板下沉變形，桁架結(jié)構(gòu)對頂板主要起到支護(hù)作用。在沿空留巷頂板劇烈活動期，頂板壓力增加，下沉量增大。一方面，鋼管混凝土立柱扎底讓壓，增加鋼管混凝土立柱在垂直方向的穩(wěn)定性，尤其是鋼管混凝土立柱下部最為穩(wěn)定，那么傾斜液壓千斤頂以套在鋼管混凝土立柱下部的橢圓環(huán)底座為支點，可施加較大的作用力支撐充填墻體上的Π型鋼梁。另一方面，充填墻體壓縮讓壓，整體沉降，支撐在充填墻體Π型鋼梁上的液壓千斤頂以橢圓環(huán)底座為鉸支點，不僅對充填墻體Π型鋼梁提供較大支撐力，而且還能隨充填墻體壓縮下沉向下旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)充填墻體整體沉降。然后，隨著大斷面沿空留巷頂板進(jìn)一步變形，充填墻體壓縮趨于穩(wěn)定，其側(cè)表面的變形被傾斜液壓千斤頂壓Π型鋼梁和金屬網(wǎng)所限制，充填墻體受力狀態(tài)被改善，此時充填墻體對頂板支護(hù)作用顯著增強(qiáng)，與鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)協(xié)同控制頂板變形；當(dāng)圍巖變形達(dá)到一定狀態(tài)后，鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)與充填墻體也都趨于穩(wěn)定，兩者最終形成有效的巷旁協(xié)同控制系統(tǒng)。
[0015]有益效果
[0016]巷旁支護(hù)完成后，在頂板變形初期，由鋼管混凝土立柱形成的桁架結(jié)構(gòu)對頂板起主要支護(hù)作用，充填墻體協(xié)同控制頂板的穩(wěn)定性，在此過程中鋼管混凝土立柱扎底讓壓；之后，隨著大斷面沿空留巷頂板進(jìn)一步變形，充填墻體壓縮趨于穩(wěn)定，其側(cè)表面的變形被傾斜液壓千斤頂、Π型鋼梁和金屬網(wǎng)所限制，充填墻體受力狀態(tài)被改善，此時充填墻體對頂板支護(hù)作用顯著增強(qiáng)，與鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)協(xié)同控制頂板變形；當(dāng)圍巖變形達(dá)到一定狀態(tài)后，鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)與充填墻體也都趨于穩(wěn)定，兩者最終形成有效的巷旁協(xié)同控制系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型所述一種鋼管混凝土巷旁支護(hù)系統(tǒng)用于大斷面沿空留巷的主視圖；
[0018]圖2是圖1中沿1-1方向的俯視圖；
[0019]圖3是鋼管混凝土立柱示意圖；
[0020]圖4是圖3中I1-1I方向的剖面圖；
[0021]圖5是圖2中支撐桿與鋼管混凝土立柱連接B-B示意圖；
[0022]圖6是圖1中橢圓環(huán)底座A-A示意圖；
[0023]圖7是圖6的俯視圖；
[0024]附圖標(biāo)記說明:1_巷道；2_實體煤幫；3_充填墻體；4_巷道頂板；5_鋼管混凝土立柱；51-8寸鋼管；52-5寸鋼管；53-5寸鋼管內(nèi)橡皮塞；54_填充的混凝土 ；55_垂直液壓千斤頂；56_環(huán)式管卡；561_圓環(huán)狀鋼板；562_環(huán)式管卡上附耳；563_附耳上圓孔；6_支撐桿；62_支撐桿上圓孔；7a_頂板“一”字形Π型鋼梁；7b_頂板“丁”字形Π型鋼梁；8-傾斜液壓千斤頂；9_橢圓環(huán)底座；91_橢圓環(huán)底盤；92_管狀端頭；93_橢圓環(huán)底座附耳；94_螺栓；10_緊貼充填墻體上的豎向Π型鋼梁；11_金屬網(wǎng)；
【具體實施方式】
[0025]根據(jù)圖1 一圖7，本實用新型鋼管混凝土巷旁支護(hù)系統(tǒng)主要包括緊貼頂板4的Π型鋼梁7a、7b、支撐頂板Π型鋼梁的鋼管混凝土立柱5、套在鋼管混凝土立柱5下部的橢圓環(huán)底座9、以橢圓環(huán)底座9為鉸接支點的傾斜液壓千斤頂8，該傾斜液壓千斤頂8端頭支撐在充填墻體3表面的豎向Π型鋼梁10和金屬網(wǎng)11上。
[0026]所述的鋼管混凝土立柱5包括8寸鋼管51、5寸鋼管52、橡皮塞53、填充混凝