一种煤矿巷旁支护结构及其施工工艺的制作方法

本发明涉及煤矿领域，具体是一种煤矿巷旁支护结构。

背景技术：

随着科技的发展和人们生活水平的提高，人们家中电器的数量越来越多，需要的电能也越来越多，我国的发电厂还是以火力发电为主，煤炭是火力发电的主要能源，煤炭是远古植物遗骸埋在地层下，经过地壳隔绝空气的压力和温度条件下作用，产生的碳化化石矿物，主要被人类开采用作燃料，煤炭对于现代化工业来说，无论是重工业，还是轻工业；无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业，还是轻纺工业、食品工业、交通运输业，都发挥着重要的作用，各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭，因此有人称煤炭是工业的“真正的粮食”。人们都是在煤矿中开采煤炭，煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间，通常包括巷道、井峒和采掘面等。煤矿中的沿空留巷需要支护，巷旁充填体的目的不仅仅是对上部围岩起支撑作业，还有隔离采空区的功能，但是现有的巷旁支护结构的强度不够，这就为煤矿的工作人员带来了隐患。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种煤矿巷旁支护结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿巷旁支护结构，包括可拆卸定型模板、煤矸石和泥沙浆，所述可拆卸定型模板上铺设有菱形金属网并且菱形金属网上铺设有土工布，煤矸石和泥沙浆均填充在可拆卸定型模板内，可拆卸定型模板上间隔设置有螺母栓并且可拆卸定型模板采用钢筋、螺母栓和托板固定。

作为本发明进一步的方案：钢筋的直径为20mm并且钢筋的端部设置有调节装置。

作为本发明进一步的方案：可拆卸定型模板的长度为2000mm，宽度为1500mm，高度为1100mm。

作为本发明进一步的方案：相邻两个螺母栓在可拆卸定型模板长度方向的距离为700mm，相邻两个螺母栓在可拆卸定型模板宽度方向的距离为500mm。

所述煤矿巷旁支护结构的施工工艺，具体步骤如下：

步骤一，做好巷旁填充体区域的临时支护，然后人工安装好可拆卸定型模板；

步骤二，人工安装菱形金属网和土工布，再对可拆卸定型模板的高度进行调整，然后用钢筋固定可拆卸定型模板成型；

步骤三，向可拆卸定型模板内装填煤矸石，再向内注入泥沙浆；

步骤四，整体稳定后撤回采空区侧的临时支护即可。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该装置设计合理，施工简单，使用成本低于现有支护结构的成本，提高了经济效益；该装置中的可拆卸定型模板和菱形金属网可以重复使用，达到资源再利用的效果，该装置的防护强度高，可以满足人们的使用需求。

附图说明

图1为煤矿巷旁支护结构的外部示意图。

图2为煤矿巷旁支护结构中A-A方向的剖面图。

图3为煤矿巷旁支护结构中B-B方向的剖面图。

图4为煤矿巷旁支护结构的施工工艺图。

其中：1-可拆卸定型模板，2-菱形金属网，3-土工布，4-钢筋，5-螺母栓。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-4，一种煤矿巷旁支护结构，包括可拆卸定型模板、煤矸石和泥沙浆，所述可拆卸定型模板上铺设有菱形金属网并且菱形金属网上铺设有土工布，煤矸石和泥沙浆均填充在可拆卸定型模板内，可拆卸定型模板上间隔设置有螺母栓并且可拆卸定型模板采用钢筋、螺母栓和托板固定。钢筋的直径为20mm并且钢筋的端部设置有调节装置。可拆卸定型模板的长度为2000mm，宽度为1500mm，高度为1100mm。相邻两个螺母栓在可拆卸定型模板长度方向的距离为700mm，相邻两个螺母栓在可拆卸定型模板宽度方向的距离为500mm。

所述煤矿巷旁支护结构的施工工艺，具体步骤如下：

步骤一，做好巷旁填充体区域的临时支护，然后人工安装好可拆卸定型模板；

步骤二，人工安装菱形金属网和土工布，再对可拆卸定型模板的高度进行调整，然后用钢筋固定可拆卸定型模板成型；

步骤三，向可拆卸定型模板内装填煤矸石，再向内注入泥沙浆；

步骤四，整体稳定后撤回采空区侧的临时支护即可。

本发明的工作原理是：某煤矿工作面最大采高为1.1m，根据矿压的基本知识，此阶段的最大矿山压力按照采高的8倍计算，得到沿空留巷每平方米的最大矿山压力为220kN。护巷后巷道宽度为3.6m，巷旁充填处按2m不跨落进行计算，得护巷出的最大矿山压力为1232kN。这是将沿空留巷处宽5.6m，高度8.8m的岩石重量全部集中到护巷体的基础上得到的，然而在实际中不存在，因巷旁充填的一端始终是在由煤体承重的。假如没有护巷，全靠煤炭支撑就形成了一个悬臂梁，再假设顶板有足够的刚度和煤炭有足够的强度，巷旁就不用进行支护。当然这是一种假设状态，在工程实际中，巷旁充填体的目的不仅仅是对上部围岩起支撑作业，还有隔离采空区的功能。所以在选择巷旁支护体的过程中，巷旁支护体不易过宽，也不能过窄，过宽造成支护成本增加，过窄会造成隔离采空区困难。由于煤体较松软，巷旁支护的关键还是在支护体的强度上，对于松软煤层，护巷段的巷道重量60％是靠巷旁支护体来支撑的，因此巷旁支护段最大阻力为739.2kN。

巷旁支护宽度可按下列公式进行计算。

式中：K为应力集中系数，取2；h_e为基本顶厚度，取3.9m；y_e为基本顶岩层容重，取25kN/m³；L_max为周期来压步距，取6m；h_z为直接顶厚度，取4.8m；y_z为直接顶岩层容重，取25kN/m³；x_o为煤体内极限平衡区宽度，取0.9m；c为巷道宽度，取3.6m；d为巷旁充填体宽度，分别取0.5、1.0、1.5、2.0和2.5m进行计算。经计算得到巷旁充填体宽度分别为0.5、1.0、1.5、2.0和2.5m的强度为1785kN、1905kN、2025kN、2145kN和2265kN。根据支护段的计算压力和巷旁支护的相关要求，取1.5m更适合作为巷旁支护体宽度。

现有支护成本分析：(1)水泥墩关模成本

目前，该矿采用水泥墩堆砌关模，水泥墩规格为长×宽×高＝0.30×0.20×0.15mm，水泥墩堆砌关模尺寸为长×宽×高＝2.0×2.0×1.1m。形成一个模子时需要105块水泥墩，每米(倾斜方向)需要约52.5块，每块价格安5元计算，共需要262.5元/m。

(2)充填材料成本

充填材料按照现有价格计算为450元/t，则充填一个模子需要4.4m³，充填材料1m³约为2.2t，则得关一个模子需要9.68t，其成本为4356元，则每米(倾斜方向)成本为2178元。

(3)人工成本

现有充填材料需地面人工装运，地面装运2人，运输过程2人，井下卸载2人，井下搅拌2人，开充填泵2人，人工关模4人，充填材料出口处观察1人，共需要15人，按人员重复使用率为200％计算，至少需要8人。每人每天按照250元计算，共需要人工成本约2000元/d。

(4)总成本计算

按照目前的进度可知，每隔一天进行巷旁充填，则得到每米(倾斜方向)支护成本为262.5+2178+2000＝4440.5元。

本装置的成本计算：(1)模板成本

根据模板的相关尺寸可知，整个模板需用直径为20mm的钢筋重量按下式计算：

g＝2×2.47×X[10(a+b)+1.3(x+y)] (4-1)

式中：g为整个模板重量，kg；X为富裕系数，取1.05；a为钢筋长度，2.2m；b为宽度，1.7m；c为高度，1.3m；x为宽度钢筋根数，取16根；y为长度钢筋根数，取21根；2.47为直径为20mm的每米钢筋重量，kg。

计算得到g＝451.8kg。

按照目前钢材价格4000元/吨计算，得可拆卸定型模板材料成本费为1807.2元。

(2)加工成本费

按照人工费每天250元计算，由1个熟练工人2天能加工完成，共需要加工成本费500元。

(3)金属网成本

根据目前8号铅丝菱形金属网的价格为30元/m²，再考虑1.1的富裕系数的情况下，计算得8.47m²，则得到一个可拆卸定型模板需要菱形金属网的成本为254.1元。当第一个模形成后，金属网只需要三边，这时的金属网成本约为199.6元。

(4)土工布成本

土工布按照6个面进行计算的，并考虑富裕系数1.1的情况下，计算得15.73m²，按照目前土工布的价格在1.3～5元/m²(相对价格)，我们按照5元/m²计算，得到一个模子内的土工布价格为78.65元，加工一个袋子人工费按50元计算，则土工布的成本为128.65元。当第一个模子形成后，靠支护体侧和顶板可不用土工布了，这时土工布的成本变为103.09元。

(5)充填材料费

设计中充填材料煤矸石，根据以往经验，转运矸石一矿车(约0.72m³)的成本控制在40元左右，一个模子需要3.3m²，则需要4.6个矿车的煤矸石，考虑富裕系数，取5个矿车，共计成本200元。

(6)注浆材料成本

注浆成本有沙、水泥、添加剂等组成的水泥沙浆，注浆的目的是将煤矸石与煤矸石之间形成的空隙填充满，并隔离采空区。按照一般煤矸石的碎涨系数1.15计算，则得到一个模子内煤矸石的空隙为0.5m²，水泥沙浆的成本为240元/m³，得一个模子内的注浆成本约为120元。

(7)钢筋成本

为了使煤矸石在注浆的过程中始终保持可拆卸定型模板不变形，需要用钢筋进行固定，按照设计的要求，一个模子内需要钢筋共17根，其中2.3m的7根，1.8m的10根。钢筋采用直径为20mm钢筋组成，其成本为336.9元，加工费每根3元，共需要加工费51元，再各配34个螺母和托板，每个螺母价格3元，每个托板价格5元，共计需要272元，得到总的钢筋成本为659.9元。当第一个模子形成后，靠支护体侧不需要螺母配托板进行加固(此时，将倾向钢筋至于内部钢筋中)，这时的钢筋成本变为603.9元。

(8)人工成本

注浆材料需要地面人工装运，地面装运需1人，运输过程1人，井下卸载1人，井下搅拌1人，开注浆泵1人，人工关模3人，充填材料出口处观察1人，补打锚索2人，人工充填煤矸石2人，共需要13人，按人员重复使用率为200％计算，至少需要7人。每人每天按照250元计算，共需要人工成本约1750元/d。

(9)补打切顶锚索成本

在该工作面顶板上部距M₆煤的距离为8.7m，且有一层硅质泥岩，为补打切顶锚索创造了条件。补打切顶锚索长度为6m，间距为2m，使用药卷3只，药卷规格为CK2350。按照锚索的价格5.67元/m，锁具15元一个，托板60元个，锚固剂4.2元每只，共计补打切顶锚索材料成本为121.6元，每米(倾斜方向)材料成本为60.8元。

(10)材料总成本

①第一个模子形成的总成本

以上9个部分相加得5541.5元，每米(倾斜方向)成本为2770.75元。

②第二个模子的总成本

因第一个模子形成后，靠支护体侧可不设置金属网、土工布、钢拉筋螺母及托板，这时整个成本将节约136.06元，得到总的成本为5405.39元，则每米(倾斜方向)成本为2702.7元。

③注意事项

可拆卸定型模板+菱形金属网可重复使用。

1)第一个模子其成本为1730.4+500+254.1＝2484.5元。因此，在材料总成本的基础上可降低2484.5元，得实际材料总成本为3057元，每米(倾斜方向)成本为1528.5元，在现有基础上每米(倾斜方向)可节约2912元。

2)当第一个模子形成后，充填一个模子的实际成本可节约136.06元，每米(倾斜方向)可节约68元，实际成本为1460.5元，在现有基础上每米(倾斜方向)可节约2980元。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。