專利名稱：堅硬頂板沿空留巷巷旁分層承載充填結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及應用在煤礦井下的一種充填技術，具體涉及堅硬頂板條件下沿空留巷巷旁充填結構及施工方法。
背景技術：
沿空留巷巷旁充填是煤礦開采技術的一項重大改革，此項技術不僅可提高煤炭資源采出率、延長礦井服務年限、減少巷道掘進量、緩解采掘接替矛盾、取消孤島工作面，而且它也是礦山進行采煤方法改革最有效的途徑。 目前，國內(nèi)外常用的沿空留巷巷旁充填方式主要有水泥基膏體充填、矸石帶充填、高水速凝材料充填等等。由于堅硬頂板條件下沿空留巷，工作面?zhèn)认蚧卷攽翼敃r間長，懸頂距大，上述三個充填方式存在的缺陷是巷旁充填體將承受很大的頂板壓力，對于水泥基膏體充填體，其初期強度低、可縮性較差，不能較好地適應堅硬巖層運動規(guī)律；矸石帶充填工作量大，矸石帶提供的支護阻力較小，支護效果較差；高水速凝材料成本較高，支護強度低，不適應沿空巷道的高壓突變性，工作面二次采動期間，充填體很容易變形破壞，造成采空區(qū)漏風嚴重，給礦井的通風和巷道的維護工作帶來了很大的困難。

實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有堅硬頂板條件下沿空留巷充填結構施工復雜、成本高、讓壓不確定的缺陷，本實用新型提供一種新型的充填技術，這是一種不等強的組合充填結構，這種不等強的組合充填結構具有讓壓功能，其下層充填體可提供較高的支護強度。為了實現(xiàn)上述任務，本實用新型的分層承載充填結構是由上下兩層不等強充填體組合而成，上層充填體是用寬為O. 4-0. 6米、長I. 2-1. 5米的讓壓矸石袋堆積起來的；所述的下層充填體是一個高強膏體充填墻。和其他用于沿空留巷的充填結構相比，本實用新型有如下優(yōu)勢I、利用不等強體進行組合充填，兼顧了矸石帶充填與膏體充填的優(yōu)勢，針對懸頂時間長，懸頂距大的堅硬頂板，該結構前期能提供較好的讓壓作用，緩解頂板下沉，使充填體不至于在較高的頂板壓力下被壓壞，后期整體結構則提供較高的支護阻力，保證了沿空留巷的穩(wěn)定性。2、本實用新型的上層充填體具有讓壓作用，讓壓的高度在合理的范圍之內(nèi)完全可以大于頂板下沉的高度，堅硬頂板可能發(fā)生小的無預兆沖擊完全可以頂住，所以施工時，為了保證留巷的成功，在下層充填體凝結前，只需使用巷旁單體液壓支柱作為滯后支護和采空區(qū)木支柱進行初期支護，不用成本較高的錨桿支護，穩(wěn)定性好，降低了施工成本；當留巷使用完之后，留巷內(nèi)全部的單體液壓支柱都可以回收，進一步降低了留巷的成本?？傊?，本實用新型的充填體在降低充填體成本和施工成本的前提下，實現(xiàn)了讓壓量完全可以頂住頂板下沉量的目的，雖然表面上看結構簡單，但是它解決了本領域技術人員想解決而沒有解決的技術問題，具有顯著的進步。
圖I為本實用新型結構的立體圖。圖2為本實用新型結構的具體施工示意圖。圖中標號分別表示I-下層充填體，2-上層充填體，3-噴漿機，4-噴漿管道，5-超前支護，6-工作面單體液壓支柱，7-工作面，8-充填模板，9-留巷，10-不等強組合充填體，11-木支柱，12-采空區(qū)，13-臨時支護，14-滯后支護。
具體實施方式
圖I是本實用新型的結構示意圖，從圖中可以看出，它是由上層充填體2和下層 充填體I兩種不等強充填體組合而成的，上層充填體是用寬為O. 4-0. 6米、長I. 2-1. 5米的讓壓矸石袋堆積起來的；所述的下層充填體是一個高強膏體充填墻。下面列舉一個實施例詳細說明能夠?qū)嵤┍緦嵱眯滦徒Y構的方式。取上層充填體充填高度為Ii1，上層充填體中的讓壓矸石袋的充填材料由質(zhì)量比為I : 1.7 : 5的水、水泥和碎矸石混合物組成，要求該混合物初凝時間為30-40min，終凝時間I. 5-2. 5h，終凝后矸石袋抗壓強度達到2-3MPa ；28天后矸石袋抗壓強度達到10_20MPa ；取下層充填體的膏體充填墻充填高度為h2，膏體充填墻由質(zhì)量比為
I O. 3 O. 2 O. 5 O. 2 O. 3 O. 6的水、水泥、廢石膏、高爐礦渣、廢石灰、粉煤灰和矸石粉混合物形成；要求膏體充填墻材料的抗壓強度I天達到5-10MPa，3天達到10_20MPa，7天達到 20-28MPa，28 天達到 30_35Mpa ；上述充填高度hi和h2由以下方法確定第一步根據(jù)采高值和直接頂厚度計算巖梁實際沉降值SaSa = h-mz (Ka-I)式中h_ 采高；mz-直接頂厚度；Ka-巖梁觸矸處下部已冒巖層的碎脹系數(shù)，取I. 25-1. 35 ；第二步根據(jù)巖梁實際沉降值Sa計算上層充填體充填高度Ii1hi = a 0SA/ α式中α -上層充填體讓壓系數(shù)，取O. 2 ;α 0-讓壓安全系數(shù)，取I. 5 ;第三步根據(jù)采高h和上層充填體高度Ii1計算下層充填體充填高度h2h2 = h-h1D下面參照附圖2詳細說明本實用新型結構的施工方法。第一步井下巷道開挖后進行錨、索、網(wǎng)、帶支護和工作面單體液壓支柱6支護，同時布置工作面，井下工作面7布置之后開始正常割煤、回柱，割煤后形成采空區(qū)12。第二步在留巷9內(nèi)使用單體液壓支柱作為超前支護5加鉸接頂梁支護，在留巷側充填寬度內(nèi)再用木支柱11進行支護加固，隨著工作面的推進，在超前支護5處增加單體液壓支柱，加強為滯后支護14，滯后支護14和木支柱11共同承擔了下層充填體凝結前頂板的初期來壓。第三步同時地面開始備料，準備水、水泥、矸石、粉煤灰等充填材料運至留巷內(nèi)，充填材料注入噴漿機3內(nèi)加水攪拌均勻。第四步在工作面后方支設臨時支護13和充填模板8，充填高度為h2，由噴漿機3通過噴漿管道4將下層充填體的充填材料注入到充填模板8上進行膏體充填，作為圖I結構中的下層充填體I。第五步待下層充填體I的膏體充填體凝固后，在膏體充填體上充填讓壓矸石袋并緊密排列，堆砌到頂板，形成圖I中充填結構的上層充填體2。本實施例圖I中讓壓矸石袋只畫有一層，在實際工程中，矸石袋需要堆積的層數(shù)需根據(jù)矸石袋中材料終凝后的 壓實厚度和矸石袋的充填高度而定。第六步待上層充填體2的矸石袋凝固2-3天之后，撤去臨時支護13，同時回收工作面后方200米范圍之外的除巷旁兩側的滯后支護14，上層充填體2和下層充填體I形成圖2中所示的不等強組合充填體10。第七步同時，隨著工作面推進重復上述步驟二至步驟六。
權利要求1. 一種堅硬頂板沿空留巷巷旁分層承載充填結構，其特征在于，它是由上下兩層不等強充 填體組合而成，上層充填體是用寬為0. 4-0. 6米、長I. 2-1. 5米的讓壓矸石袋堆積起來的；所述的下層充填體是一個高強膏體充填墻。
專利摘要本實用新型公開了一種堅硬頂板沿空留巷巷旁分層承載充填結構，其特征在于，它是由上下兩層不等強充填體組合而成，上層充填體是用寬為0.4-0.6米、長1.2-1.5米的讓壓矸石袋堆積起來的；所述的下層充填體是一個高強膏體充填墻。本實用新型結構能較好的適應堅硬頂板巖層的運動規(guī)律，保證了沿空留巷的穩(wěn)定性。
文檔編號E21F15/08GK202578781SQ20122023233
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月12日 優(yōu)先權日2012年5月12日
發(fā)明者寧建國, 于斌, 吳笛, 馬鵬飛, 楊智文 申請人:山東科技大學