專利名稱：一種構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的結(jié)構(gòu)及方法，尤其適用于采煤工作面采用膏體砌筑充填墻體時的無煤柱連續(xù)開采方法。
背景技術(shù)：
沿空留巷技術(shù)自20世紀50年代在我國開始使用，是無煤柱護巷的一種形式，它以其有利于合理開發(fā)煤炭資源，提高煤炭資源回收率，減少巷道掘進量，從根本上改善礦井采掘接替的緊張局面，改善巷道維護狀況等優(yōu)點而得到廣泛重視。目前我國煤礦在應(yīng)用沿空留巷技術(shù)時，絕大多數(shù)都要設(shè)置巷旁支護，應(yīng)用較多的巷旁支護形式主要有木垛、單體支柱等。隨著科學技術(shù)及采礦機械化的不斷發(fā)展，采用砌筑沿空留巷充填墻體的做法越來越普遍，但隨著采煤工作面的回采，構(gòu)筑的巷幫充填體將承受破斷直接頂和老頂?shù)淖灾剌d荷，同時承受老頂破斷后形成的砌體梁結(jié)構(gòu)中頂板回轉(zhuǎn)過程中的側(cè)向壓力，受此影響，充填墻體多數(shù)情況下會受壓變形、破壞或充填體的強烈滑移甚至被壓垮壓爆，導(dǎo)致巷道空間急劇縮小，造成輔助生產(chǎn)、通風等工序難以進行。因此改革巷旁充填墻體的構(gòu)造形式和材料非常必要，現(xiàn)階段普遍做法有采用高標號的水泥、改善充填材料的配方等方法來增加墻體的強度，使墻體能夠支撐直接頂或者老頂下沉的載荷，甚至在老頂破斷回轉(zhuǎn)下沉的時候能夠使墻體達到一定的強度。但這些都是單純靠改變充填墻體的強度來抵抗老頂?shù)幕剞D(zhuǎn)變形，如果老頂回轉(zhuǎn)載荷過大時采取硬抗就會使墻體失穩(wěn)，甚至壓裂或壓垮墻體。而老頂?shù)幕剞D(zhuǎn)下沉載荷是不可抗的，這就要求是墻體具有可縮性且能緩沖沖擊載荷。目前國內(nèi)有許多學者提出在充填墻體的上表面增加一些經(jīng)阻燃處理過的木塊或者是軟接頂?shù)确椒?，很好的解決了墻體與頂板的接頂情況，但木塊容易引起采空區(qū)煤炭自燃，軟介質(zhì)接頂也能很好的解決頂板的回轉(zhuǎn)來壓，緩沖沖擊載荷，而且軟介質(zhì)寬度僅為墻體寬度一半，雖然從一定程度上節(jié)省了充填材料但很難保證墻體縱向穩(wěn)定性。也有提出讓壓不等強接頂方法來改變上層墻體的讓壓效果，主要是待下部充填墻體凝固以后把準備好的矸石袋緊密地布置在上層，此方法充分地利用采出矸石，“變廢為用”對接頂情況有很大改善，但此此種方法難以保證上層矸石袋與下層充填墻體很好的致密接觸，容易失穩(wěn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足，提供一種構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的結(jié)構(gòu)及方法，通過改變傳統(tǒng)的充填墻體的布置方式，使墻體既具有足夠大的強度支撐頂板下沉帶來的載荷又能吸收頂板回轉(zhuǎn)下沉引起的沖擊能量，減少沖擊載荷對充填墻體的沖擊破壞能力。技術(shù)方案:本發(fā)的構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的結(jié)構(gòu)，充填墻體包括混凝土構(gòu)成的上層墻體、含有廣1.5kg/m3聚丙烯纖維材料的混凝土構(gòu)成的中層墻體和混凝土構(gòu)成的下層墻體，上、中、下三層墻體內(nèi)設(shè)有三維加強筋。
本發(fā)明的構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的方法，包括以下步驟:a.在采煤工作面前方5 10m范圍內(nèi)在回采側(cè)煤壁內(nèi)開2.8 3.2m的寬缺口，并清理浮煤及虛矸、機械立模并在支架后方待充填區(qū)域處清理巷道底板虛矸，調(diào)整好留巷充填支架模板，然后在充填模型內(nèi)鋪上塑料膜或膠織袋，以避免充填料泄漏；b.在留巷充填支架模板內(nèi)，根據(jù)待充填區(qū)域的長度和高度，布置充填墻體三維加強筋并固定好，三維加強筋的底部深入底板9-llmm ；c.將混合好的混凝土充填料泵送至留巷充填支架模板內(nèi)，充填下層墻體，觀察充填料的平流堆積狀況，待充填料至下層墻體設(shè)定高度時，停止充填；d.待下層墻體凝固后，充填中層墻體，將混合好的含有f 1.5kg/m3聚丙烯纖維材料的混凝土泵送至下層墻體上方的留巷充填支架模板內(nèi)，觀察充填料的平流堆積狀況，待充填料至中層墻體設(shè)定高度時，停止充填；e.待中層墻體凝固后，充填上層墻體，將混合好的混凝土充填料泵送至中層墻體上方的留巷充填支架模板內(nèi)，觀察充填料的平流堆積狀況，待充填料接頂達頂板高度時，停止充填；f.待4 6h后，檢測上、中、下三層墻體強度是否達到初凝強度，達到要求時，拆除模板，完成一個步距的沿空留巷充填墻體；g.隨著采煤工作面的推進，重復(fù)步驟b、c、d、e、f，完成沿空留巷充填墻體。所述的三維加強筋用螺紋鋼、或圓鋼構(gòu)成；所述的三維加強筋的間排距為
0.8 lm。有益效果:本發(fā)明并沿空充填墻體分成三層，上下層用混凝土充填，中層是用聚丙烯混凝土材料充填，上下層主要是使用普通的混凝土充填材料進行充填，中層用聚丙烯纖維材料增加混凝土的強度并且提高沖擊韌性，加入聚丙烯材料配比出來的混凝土除了具有普通混凝土在強度上的要求，形成自上而下“硬一軟一硬”結(jié)構(gòu)，上層墻體保證直接頂能夠適應(yīng)老頂變形、回轉(zhuǎn)、破斷和觸矸過程中的運動，但其厚度不縮小，中分層的高度可根據(jù)下沉量進行確定，具有較大的可縮性能，大大提高了充填墻體的抗壓強度和變形能力，能很好吸收變性能，緩沖變形，使混凝土可以產(chǎn)生大變形而不破壞，增強混凝土的抗沖性和柔韌性，能適應(yīng)老頂破斷回轉(zhuǎn)下沉帶來的沖擊載荷，吸收老頂破斷觸矸前，老頂破斷回轉(zhuǎn)引起的變形或沖擊能量，緩沖老頂破斷來壓載荷。上層墻體可以使老頂保持完整的破斷回轉(zhuǎn)、下沉和把頂板的沖擊載荷傳遞到中層墻體，下層墻體可以增加強度承受老頂來壓載荷，中層墻體的充填材料能保證一定的可縮量。這樣充填墻體既可以支撐直接頂老頂下沉的載荷，又可以吸收老頂回轉(zhuǎn)下沉所產(chǎn)生的沖擊能量，避免對充填墻體的產(chǎn)生沖擊破壞。在三層之間布設(shè)三維加強筋，能控制三層充填體接觸面的相對滑動，導(dǎo)致墻體承載能力的失效。而且在墻體上下分層中采用三維加強筋，特別是在接觸面上下加大布設(shè)密度來保持墻體的整體穩(wěn)定性，這樣既能滿足可縮性和強度方面要求，又能使墻體保持一定的穩(wěn)定性。本發(fā)明既能提高充填墻體初期承載能力，適應(yīng)上覆頂板下沉運動帶來的載荷，又能吸收老頂上覆巖層破斷回轉(zhuǎn)下沉帶來的沖擊能量，使充填墻體無論在強度還是變形上都能適應(yīng)強烈的采動影響，可以有效地控制采動巷道圍巖的變形。其結(jié)構(gòu)及方法簡單，支撐強度大，能夠吸收變形能，支護效果好，具有廣泛的實用性。


圖1是發(fā)明的平面布置示意圖；圖2是本發(fā)明實施多層異質(zhì)充填墻體斷面示意圖。圖中:1 一充填墻體；2 —上層墻體；3 —中層墻體；4 一下層墻體；5 —三維加強筋；6 —頂板；7 —底板；8 —沿空留巷；9 一米煤工作面；10 —運輸巷道；11 一回風巷道。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述:本發(fā)明的構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的結(jié)構(gòu)，主要由砌筑沿空留巷8的上、中、下三層充填墻體I構(gòu)成，充填墻體I包括混凝土構(gòu)成的上層墻體2、含有f 1.5kg/m3聚丙烯纖維材料的混凝土構(gòu)成的中層墻體3和混凝土構(gòu)成的下層墻體4，上、中、下三層墻體內(nèi)設(shè)有三維加強筋5。上層墻體的高度為0.5^1m,中層墻體的高度為0.25、.5m,下層墻體為主要承載層高度為1.5 2m。本發(fā) 明的 構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的方法，首先根據(jù)實測計算出充填側(cè)巷道頂板6承受的垂直應(yīng)力，計算出充填側(cè)巷道頂板6的下沉量，由此反推中層墻體3可縮量和工作面采高之間的關(guān)系；根據(jù)充填墻體的變形協(xié)調(diào)關(guān)系可知:Ah= ε ah+ ε Js-m)，式中:h為充填墻體高度，充填墻體縱向應(yīng)變，ε。為直接頂縱向應(yīng)變，s為煤層底板與老板的距離，m為采高，一般老頂變形、回轉(zhuǎn)、破斷、觸矸過程中的下沉量，為工作面采高的59Γ25% ；充填步驟如下:a.先是在采煤工作面9前方10(Tl50m的回風巷道11或運輸巷道10內(nèi)布置兩臺混凝土充填泵，把充填所需的混凝土配料及其添加聚丙烯纖維材料的混凝土運送到采煤工作面前方充填泵所在地點，所述的巷旁充填材料選用混凝土充填主要成份是:石子、硅酸鹽水泥、砂子及水等拌和的混凝土外加添加劑，比例為石子15 35%、水泥15飛O、砂子10 25%、水1(Γ50%和外加添加劑19Γ5%。把水泥和沙子放置在容器中摻入一定量的水和添加劑進行攪拌，水灰比在0.5左右，并在采煤工作面前方IOm左右地方設(shè)置一個充填管路安全閥，以便能及時控制充填的進度；然后在采煤工作面9前方5 IOm范圍內(nèi)回采側(cè)煤壁內(nèi)開2.8^3.2m的寬缺口，并清理浮煤及虛矸、機械立模并在支架后方待充填區(qū)域處清理巷道底板虛矸，調(diào)整好留巷充填支架模板，然后在充填模型內(nèi)鋪上塑料膜或膠織袋，以避免充填料泄漏；b.當采煤工作面開始回采時，根據(jù)充填區(qū)域的長度，在留巷充填支架模板內(nèi)，根據(jù)待充填區(qū)域的長度和高度，間排距為0.flm，布置充填墻體三維加強筋5并固定好，以防止在頂板來壓時導(dǎo)致墻體層間連接處相對滑動失穩(wěn)，破壞墻體的強度；所述三維加強筋5的底部深入底板7為90-llmm，三維加強筋5的地面高度與待充填墻體高度基本一致，三維加強筋5用螺紋鋼、或圓鋼構(gòu)成；c.將混合好的混凝土充填料泵送至留巷充填支架模板內(nèi)，充填下層墻體4，觀察充填料的平流堆積狀況，待充填料至下層墻體4的高度為1.5^2m時，停止充填；d.待下層墻體4凝固后，充填中層墻體3，將混合好的含有fl.5kg/m3聚丙烯纖維材料的混凝土泵送至下層墻體4上方的留巷充填支架模板內(nèi)，觀察充填料的平流堆積狀況，待充填料至中層墻體3的高度為0.25、.5m時，停止充填；e.待中層墻體3凝固后，充填上層墻體2，將混合好的混凝土充填料泵送至中層墻體3上方的留巷充填支架模板內(nèi)，觀察充填料的平流堆積狀況，待充填料接頂達頂板6高度時，上層墻體的高度一般為0.5 lm，停止充填；f.待4 6h后，檢測上、中、下三層墻體強度是否達到初凝強度1.5^3.0MPa(沒錯)，達到要求時，拆除模板，完成一個步距的沿空留巷充填墻體；g.隨著采煤工作面9的推進，重復(fù)步驟b、C、d、e、f，完成沿空留巷充填墻體。 通過上下層的沿空留巷充填墻體主要是可以提供一定的支撐力和保證老頂完整回轉(zhuǎn)下沉，中層的沿空留巷充填墻體主要是起到吸收頂板回轉(zhuǎn)下沉引起的沖擊能量，起到一定讓壓作用，防止沖擊載荷過大且沒有一定可縮量壓垮壓爆墻體，而上層充填墻體I主要是把老頂回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的載荷傳遞到中層墻體2內(nèi)，使老頂能保持完整破斷回轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的結(jié)構(gòu)，其特征在于:充填墻體(I)包括混凝土構(gòu)成的上層墻體(2)、含有f 1.5kg/m3聚丙烯纖維材料的混凝土構(gòu)成的中層墻體(3)和混凝土構(gòu)成的下層墻體(4)，上、中、下三層墻體內(nèi)設(shè)有三維加強筋(5)。
2.一種如權(quán)利要求1所述結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的方法，其特征在于，包括以下步驟: a.在采煤工作面(9)前方5 IOm范圍內(nèi)在回采側(cè)煤壁內(nèi)開2.8^3.2m的寬缺口，并清理浮煤及虛矸、機械立模并在支架后方待充填區(qū)域處清理巷道底板虛矸，調(diào)整好留巷充填支架模板，然后在充填模型內(nèi)鋪上塑料膜或膠織袋，以避免充填料泄漏； b.在留巷充填支架模板內(nèi)，根據(jù)待充填區(qū)域的長度和高度，布置充填墻體三維加強筋(5)并固定好，三維加強筋(5)的底部深入底板(7) 90^1 Imm ； c.將混合好的混凝土充填料泵送至留巷充填支架模板內(nèi)，充填下層墻體(4)，觀察充填料的平流堆積狀況，待充填料至下層墻體(4)高度為1.5^2m時，停止充填； d.待下層墻體(4)凝固后，充填中層墻體(3)，將混合好的含有f1.5kg/m3聚丙烯纖維材料的混凝土泵送至下層墻體(4)上方的留巷充填支架模板內(nèi)，觀察充填料的平流堆積狀況，待充填料至中層墻體(3)高度為0.25、.5m時，停止充填； e.待中層墻體(3)凝固后， 充填上層墻體(2)，將混合好的混凝土充填料泵送至中層墻體(3)上方的留巷充填支架模板內(nèi)，觀察充填料的平流堆積狀況，待充填料接頂達頂板(6)高度時，停止充填； f.待4 6h后，檢測上、中、下三層墻體強度是否達到初凝強度1.5 3.0MPa，達到要求時，拆除模板，完成一個步距的沿空留巷充填墻體； g.隨著采煤工作面(9)的推進，重復(fù)步驟b、C、d、e、f，完成沿空留巷充填墻體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的方法，其特征在于:所述的三維加強筋(5)用螺紋鋼、或圓鋼構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的方法，其特征在于:所述的三維加強筋(5)的間排距為0.flm。
全文摘要
一種構(gòu)筑多層異質(zhì)沿空留巷充填墻體的結(jié)構(gòu)及方法，對沿空留巷充填墻體的構(gòu)造形式和材料進行了優(yōu)化，把墻體分為上中下層三層或多層，形成自上而下“硬－軟－硬”結(jié)構(gòu)，中層和上層的高度一般為采高的5%~25%，上層墻體是一般的充填材料，主要是使老頂保持完整的破斷回轉(zhuǎn)、下沉和把頂板的沖擊載荷傳遞到中層墻體；中層充填材料可為聚脂類化學材料和聚丙烯纖維混凝土等具有韌性的材料，主要用于緩沖和吸收老頂破斷回轉(zhuǎn)引起的變形和沖擊能量；下層為承載層，一般是鋼筋砼等抗壓強度比較大的材料，主要是為老頂來壓提供一定的支撐力。并在分層連接處布設(shè)加強鋼筋，控制使其避免層與層之間相對滑動破壞墻體的承載能力。
文檔編號E21F15/04GK103089300SQ20131001539
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者鄭西貴, 張農(nóng), 劉娜, 闞甲廣, 張磊, 曹栩, 馮曉巍, 張?zhí)斐? 花錦波 申請人:中國礦業(yè)大學