一种用于沿空留巷的自升式钢管混凝土支护系统的制作方法

本发明属于煤矿巷道支护领域，具体涉及到一种用于沿空留巷的自升式钢管混凝土支护系统。

背景技术：

目前，国家大力推广无煤柱采矿技术，以减少冲击地压等灾害的发生。沿空留巷是将已采工作面后方的运输顺槽或回风顺槽用一定方法沿采空区保留下来，作为下一工作面的顺槽。采用沿空留巷技术主要具有以下优势：提高煤炭资源回收率，延长矿井服务年限；少掘一条巷道，降低矿井掘进率，缓解采掘接替紧张；消除煤柱护巷时煤柱应力集中对开采的不利影响；实现工作面Y型通风，解决隅角瓦斯积聚。这些优势使得沿空留巷技术受到某些煤矿企业的青睐。我国目前常采用的沿空留巷方法为充填带、密集支柱、木垛、矸石袋、砌块等。

采用沿空留巷维护的巷道一般要经历两次采动高应力作用过程，致使巷道围岩应力分布与矿压显现剧烈，巷道围岩条件恶化，破碎区和塑性区范围大。特别是上一个工作面回采后，在基本顶向采空区旋转、下沉过程中，沿空留巷不仅顶板发生强烈下沉，而且实煤体帮鼓出和底鼓严重，导致巷道围岩破碎区、塑性区范围显著增大，巷道围岩变形量大，维护十分困难。

煤矿采用沿空留巷时，采用充填带等方式时，充填带被动承载，起不到切顶的作用，顶板运动的力通过充填带传递到底板，造成底鼓，给煤炭回采造成了极大的影响。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于沿空留巷的自升式钢管混凝土支护系统，该系统具有自升功能，对顶板提供较大的支撑力，起到切顶的作用，另外具有钢管混凝土支架的高强度，留巷效果好，能解决目前沿空留巷所遇到的技术问题。

为解决上述问题，本发明方案包括：

本发明公开的一种用于沿空留巷的自升式钢管混凝土支护系统，包括底座、内部钢管、单向阀、密封圈、混凝土注浆泵、密封圈卡环、排气阀、“∏”形外部钢管、外部钢管环形筋。其特征在于：“∏”形外部钢管在混凝土充满中空腔后逐渐升起，“∏”形外部钢管的水平部分对顶板起到主动支撑作用；混凝土固结之后，“∏”形外部钢管、内部钢管和固结的混凝土构成钢管混凝土支架。

上述的外部钢管成“∏”形，能够更好的护顶。

上述的“∏”形外部钢管在混凝土充满管道中空腔后逐渐升起，具有自升特性，在混凝土充填泵的高压力作用之下，“∏”形外部钢管的水平部分对顶板能施加100kN-150kN的作用力，便于切顶，使得留巷效果更佳。

所述“∏”形外部钢管直径为190mm-210mm，内部钢管直径为170mm-190mm，形成钢管混凝土支架后，其钢管混凝土支架整体强度能达到1400kN-1600kN。

上述的单向阀内部有一个弹簧和球体结构，往里面注混凝土的时候能够使弹簧收缩，把球顶开，一旦停止注混凝土球就会在弹簧的作用下恢复到原位，使得只能单向的注入混凝土而不能让内部的混凝土外流。

上述的“∏”形外部钢管自带横梁，横梁跨度为1000mm-1200mm。外部钢管与横梁连接处为直角。

上述通气阀内部包含高密度钢丝网、强度高的防水透气薄膜，能够保证在通气的情况下不让浆液外流。

上述的环形筋是直径为25mm，间距为200mm的钢筋，均匀焊接在外部钢管上，该环形钢筋主要用来增加钢管混凝土支架的强度。

上述的内外部钢管之间有一橡胶密封圈，能够贴合内外钢管，“∏”形外部钢管升起时，不会使浆液流出。

上述的底座为直径280mm-320mm、厚度30mm-32mm的圆形实体结构，能够保证钢管混凝土支架受压而不至于出现钻入底板的现象。

本发明公开了一种用于沿空留巷的自升式钢管混凝土支护系统，通过内部钢管上的单向阀注入混凝土，管道中空腔注满后使得“∏”形外部钢管逐渐升起，“∏”形外部钢管的水平横梁对顶板起到主动支撑作用；混凝土固结之后，“∏”形外部钢管、内部钢管和固结的混凝土构成钢管混凝土支架。

本发明的自升式钢管混凝土支护系统通过几个独立的个体组装而成，能够实现受压自升，操作方便，成本低，更加安全可靠，并且能够实现多个钢管混凝土支护系统同时升起，大大提高了工作效率，适合于在煤矿沿空留巷中推广使用。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明：

图1：采煤工作面采用自升式钢管混凝土支护系统沿空留巷侧视图

图2:采煤工作面采用自升式钢管混凝土支护系统沿空留巷俯视图

图3:自升式钢管混凝土支护系统

图4:单向阀构造示意图

图5：通气阀构造示意图

其中：1、基本顶，2、直接顶，3、实体煤，4、采空区，5、砌块，6、钢管混凝土支架，7、顺槽，8、工作面推进方向，9、混凝土注浆泵，10、单向阀,11、排气阀，12、“∏”形外部钢管，13、外部钢管环形筋，14、密封圈，15、内部钢管，16、底座，17、密封圈卡环，18、混凝土灌注开关，19、单向阀进砼口，20、单向阀出砼口，21、防水透气薄膜，22、高密度铁丝网。

具体的实施方式

本发明公开了一种用于沿空留巷的自升式钢管混凝土支护系统，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。

本发明采用自升式钢管混凝土支护系统沿空留巷示意图如图1所示，砌块5及其在上面喷射的钢纤维混凝土起到密封采空区4中瓦斯等有害气体进入顺槽7，而钢管混凝土支架6则对顶板有较高的初撑力和高强度，起到切直接顶2和基本顶1以及留巷的作用。

本发明的钢管混凝土支护系统如图3所示。底座16保持钢管混凝土支护系统的稳定并避免钻底的发生，密封圈14的位置固定在密封圈卡环17之下，当“∏”形外部钢管12上升的时候密封圈14保持不动。单向阀进砼口17朝向外侧，方便于连接注浆泵9，排气阀11的位置朝向外侧。充填泵9通过混凝土灌注开关18将混凝土送入管道中空腔中，在灌注的过程中，管道中空腔中的空气通过排气阀11排出。管道中空腔注满后，“∏”形外部钢管12在充填泵9的压力作用之下逐渐升起，并支撑顶板。

本发明的单向阀结构如图4所示。该单向阀内部有一个弹簧和球体结构，往里面注混凝土的时候能够使弹簧收缩，把球顶开，一旦停止注混凝土球就会在弹簧的作用下恢复到原位，混凝土通过单向阀进砼口19进入，通过单向阀出砼口20进入管道中空腔。

本发明的排气阀结构如图5所示。该通气阀内部包含高密度钢丝网22、强度高的防水透气薄膜21，该排气阀结构能够保证在通气的情况下不让浆液外流。

本发明的沿空留巷施工方法，主要步骤为：

步骤1：沿着采煤工作面推进方向8逐渐推进，工作面实体煤3采出之后，形成了采空区4。

步骤2：在顺槽7靠近采空区4一侧1000mm-1200mm的位置垒砌块5，砌块5的宽度400mm-500mm，高度以接触到直接顶2为止。砌块5砌完之后，在砌成的墙体上喷射钢纤维混凝土喷层，喷层厚度100mm-150mm，隔断采空区4中的瓦斯等有害气体进入顺槽7，砌块墙在一定程度上也能起到支撑顶板的作用。

步骤3：砌块墙完成之后，将一架自升式钢管混凝土支护系统摆放到砌块墙内侧(靠近顺槽侧)，两架钢管混凝土支护系统的间距为800mm-1000mm。

步骤4：安装完自升式钢管混凝土支护系统之后，打开混凝土灌注开关18，混凝土就会从单向阀出砼口20进入到管道中空腔，管道中空腔注满后，“∏”形外部钢管12就会在压力的作用下慢慢的升起，而内部多余的气体会通过带有防水透气薄膜21和高密度铁丝网22的排气阀11而排出。直到“∏”形外部钢管12的横梁达到直接顶2且具有一定的初撑力时关掉混凝土灌注开关18，停止注混凝土。由于单向阀10的作用，实现了内部混凝土无外流。

步骤5：混凝土灌注完成之后，撤掉混凝土充填泵等设备，待混凝土在管道中空腔中固结后，“∏”形外部钢管12、内部钢管15和固结的混凝土形成钢管混凝土支架6支撑顶板、切顶和留巷。

步骤6：待本循环完成之后，采煤工作面继续推进，进行下一个循环。