一种网沙组合式支护结构和沿空留巷支护方法与流程

本发明涉及矿井支护技术领域，尤其是一种网沙组合施工的支护结构和利用该结构沿空留巷的支护方法。

背景技术：

在沿空留巷时，巷旁支护体需要满足支护强度大，密闭性好，有一定的可缩性来适应基本顶的运动，达到让压和抗压相结合的支护效果，并且还要满足防火和防水的要求。目前在矿井沿空留巷的支护中多采用高水充填技术，通过泵送高水速凝材料巷旁充填技术，但是高水充填工艺复杂，充填材料制作成本高并会对地下水造成一定的污染。另外，泵送高水固化充填材料进行巷旁充填，施工工艺复杂，设备占用多，墙体强度低，很难承受滞后工作面的压力作用，成本比较高，耗费工时量大。切顶沿空留巷的技术取得了良好的经济效益，但是切顶沿空留巷会造成地表沉陷，并且施工过程中的危险性较大。因此，为沿空留巷施工提供工艺简单、施工速度快、低成本、巷道成型好、安全高效的支护结构是本领域急需解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决沿空留巷过程中巷旁支护合理让压和抗压的技术问题，本发明提供了一种网沙组合式支护结构和沿空留巷支护方法，具体技术方案如下。

一种网沙组合式支护结构，包括沙层、网格层、锚固轴和液压支架，所述沙层和网格层交替叠加布置，沙层和网格层高度之和等于底板至顶板的高度差；所述沙层使用沙子；所述沙层、网格层和锚固轴组合形成支护体；所述锚固轴铺设在沙层内，锚固轴的两端外露至支护体的外表面；所述锚固轴的两端通过托盘固定在支护体的外表面；所述支护体的外侧包裹有纱网，所述纱网的外侧还包裹有钢丝网。

优选的是，网格层之间的距离最大为15cm；所述网格层的网孔直径大小为2～3mm；所述沙层内沙子的平均粒径小于0.55mm。

还优选的是，支护体的宽度取5～10m；所述网格层的纱网两侧留有3～5cm的宽度余量，所述钢丝网的网孔直径大小为5～8mm。

优选的是，液压支架设置在支护体靠近煤壁的一侧，所述托盘设置在钢丝网外侧。

还优选的是，网格层使用塑料网或钢丝网；所述锚固轴为锚杆或锚索。

一种沿空留巷支护方法，利用上述网沙组合式支护结构，步骤包括：

步骤一.相邻工作面开采后，在工作面顺槽的采空区一侧的单体液压支柱下方从底板起铺设沙层，压实整平沙层；

步骤二.铺设网格层，使网格层的宽度余量大于沙层的厚度；

步骤三.在支护体下部铺设锚索，交替铺设沙层和网格层，铺设至支护体中部和上部时分别加设锚索；

步骤四.沙层触顶后在支护体外侧设置纱网，在纱网外侧设置钢丝网；

步骤五.在钢丝网外侧使用托盘和螺母固定锚索，完成采空区一侧的支护。

本发明的有益效果包括：

(1)一种网沙组合式支护结构，使用沙子和纱网的组合结构简化了充填施工工艺，使用的原材料简单运输方便，相对于现有的膏体充填体，该结构具有更好的让压和抗压效果，并且网沙组合结构具有清洁无污染等优点。

(2)提出了一种坚硬顶板情况下，利用网沙组合结构的进行沿空留巷方法，该方法通过纱网铺设进行施工速度快，纱网结构的施工成本低，经过试验验证该组合结构情况下的让压和抗压效果好。

(3)本发明提供的支护结构及沿空留巷方法具有“让-抗”支护功能，让压符合基本顶的运动规律，基本顶运动的能量通过沙子的压缩而转移卸压，让压到一定程度后，由于支护体两端钢丝网和锚索的束缚致使沙子没有水平位移的空间，从而达到抗压效果。

另外，本发明还具有施工快捷，巷道成型好，安全高效特，施工设备投入低等优点。

附图说明

图1是网沙组合式支护结构示意图；

图2是支护体结构示意图；

图3是纱网和钢丝网结构示意图；

图4是沿空留巷方法流程示意图；

图5是试验模型结构示意图；

图中：1-沙层；2-网格层；3-锚固轴；4-液压支架；5-支护体；6-托盘；7-螺母；8-采空区；9-纱网；10-钢丝网。

具体实施方式

结合图1至图5所示，本发明提供的一种网沙组合式支护结构和沿空留巷支护方法，具体实施方式如下。

一种网沙组合式支护结构具体包括沙层1、网格层2、锚固轴3和液压支架4。使用沙子和纱网的组合结构简化了充填施工工艺，使用的原材料简单并且运输方便。

沙层1和网格层2交替叠加布置，沙层1和网格层2高度之和等于底板至顶板的高度差。沙层1和网格层2交替布置的结构具有更好的让压和抗压效果，沙和网组合后表现出更好卸压能力，并且网沙组合结构具有清洁无污染的优点。

其中，网格层2使用塑料网或钢丝网，塑料网的成本低，质地柔软，运输方便；钢丝网10强度高，适用于矿压显现明显的区域。网格层2之间的距离最大为15cm，小于3cm则成本增大，因此距离一般不小于3cm；另外，网格层2的网孔直径大小为2～3mm，沙层1内沙子的平均粒径小于0.55mm，并且网格层2的两侧留有3～5cm的宽度余量，以保证沙子不回透过纱网洒落，试验证明该尺寸的沙子粒径范围内和纱网配合使用组合体的强度更高。

沙层1使用粒径均匀的沙子，锚固轴3铺设在沙层内，锚固轴3两端外露，沙层1、网格层2和锚固轴3组合形成支护体5。沙层1内还可以加入其它的凝结剂，进一步的加强支护体强度，由于沙子作为骨料凝结效果显著，若支护体发生变形时或监测到压力较大时，再在其表面喷洒凝结剂也能起到显著的效果，或者在沙层内预留注浆管，后期在通过注浆管进行注浆，保证支护体的强度和支护安全。其中锚固轴3可以为锚杆或锚索，锚固轴3也可以选用对拉锚索，对拉锚索可以两侧同时施加预紧力，保证沙层不会向侧面突出而洒落。巷旁的支护体5的宽度取5～10m，能够满足沿空留巷的支护要求，支护效果好。锚固轴3的两端通过托盘和螺母固定在支护体的外表面，支护体5的外侧包裹有纱网，纱网的外侧还包裹有钢丝网10，托盘6设置在钢丝网10的外侧。锚固轴3可以沿巷道走向设置也可以垂直与巷道走向在沙层内平铺，当锚固轴垂直与巷道走向在沙层内平铺时支护效果更好，更有利于保护巷道的安全；更进一步的可以在沿走向和垂直巷道走向呈十字布设锚固轴3。其中，钢丝网10的网孔直径大小为5～8mm，进一步的对沙层1的侧向进行限制，液压支架4设置在支护体5靠近煤壁的一侧。

一种沿空留巷支护方法，利用了上述网沙组合式支护结构，以某矿6331工作面和6333工作面为例，对本方法做进一步的说明，两个工作面的埋深约为520m，6331工作面采煤后沿采空区边缘维护原回采巷道，将6331工作面的顺槽重新支护留给6333工作面使用。具体的施工步骤包括：

步骤一.相邻6331工作面开采后，在工作面顺槽的采空区一侧的单体液压支柱下方从底板起铺设沙层1，压实整平沙层1，根据护巷需要设计支护体的宽度为8m；为了更好的发挥支护体5侧面纱网的作用，可以在最底部铺设纱网9，将纱网9的底端压在支护体下方以保证纱网的护沙效果。

步骤二.在平整压实的沙层1上铺设网格层2，也可以使网格层2的宽度余量大于沙层1的厚度，利用网格层2的余量包裹下方的沙层1。

步骤三.在支护体5下部铺设锚索，交替铺设沙层1和网格层2，铺设至支护体中部和上部时分别加设锚索。在交替铺设沙层和网格层的过程中，当支护体5高度小于3m时，保证在高顶板和底板垂线的四等分位置的三个等分点位置设置锚索；当支护体5高度大于3m时，根据需要选取等分点设置锚索，锚索沿支护体宽度方向设置。

步骤四.逐层压实沙层1和网格层2，在沙层1触顶后在支护体外侧设置纱网9，或者将底端压在支护体5下方的纱网9拉起，将纱网9的上端压在顶板下，从而固定支护体5外侧的纱网9，并且在纱网9外侧再设置钢丝网10。

步骤五.在钢丝网10的外侧使用托盘6和螺母7固定锚索，完成采空区一侧的支护，对原来的巷道进行维护，从而为6333工作面服务。

对该矿的6333工作面进行现场监测，监测得到巷道两帮的压力为3.4mpa，超前液压支柱的支撑压力为6.2mpa。在铺设纱网组合支护结构的过程中，同时也设置了三个压力传感器，对支护体的受压进行监测。三个压力传感器分别布置在最上方的沙层、中间的沙层和最下方的沙层内。根据监测数据计算可得，支护体最上方压强为4.2mpa，最大压强没有超出支护体的承压范围。从支护体外表面来看，整个形状变形量微小，基本没有变形，并且根据观测发现巷道的变形量小，由此可以证明在该支护结构的支护效果较好。

本发明为解决沿空留巷巷旁支护的问题采用网沙组合式支护结构的沿空留巷方法，具体是采用的支护体的材料选用普通的沙子和纱网，取材简单，运输方便。沙子在铺设时，每铺设一层压实一层，铺设完一层沙子后铺设一张纱网，同时在支护体两侧设置有纱网和钢丝网，纱网和钢丝网通过锚索使支护体紧固在一起，保证了支护体的强度。平铺的纱网之间会有一层压实的沙子，基本顶运动时，压实的沙子会再一次微量压缩，平铺纱网的存在使每一层沙子紧固在一定的空间里，避免了“散沙”现象；每层沙子的微量压实致使整个支护体有一定的压缩余量，从而达到让压的效果。支护体侧面设置有竖直的纱网和钢丝网，配备的锚索使两侧钢丝网水平方向紧固着纱网，纱网紧固着水平方向铺设的沙层和网格层，竖向布置的纱网和钢丝网的存在束缚了沙子水平方向的位移，避免了“散沙”现象，进一步的保证了“抗压”效果。基本顶运动时，支护体前期功能是“让压”，后期功能是“抗压”，这种“让—抗”结合的支护体，既可以释放基本顶的积聚的运动能量，又可以强制支撑顶板，相较于现有混凝土结构或膏体充填体的材料具有更好的支护效果。

为进一步的说明该结构的支护效果，通过试验对支护效果进行验证，选用模型长度为200mm，宽度为100mm，高度为100mm，分别制作不同的充填体，使用yaw-100b微机控制恒应力试验机进行试验，在压力试验机上进行压缩，记录充填体的承载能力，从而验证网沙组合结构的支护效果。

试验一.长方体模型单纯使用沙子压平成模后，利用轴压试验机在模型的上方进行加载，加载至0.02mpa时，模型发生溃沙。

试验二.长方体模型加入沙子和纱网时，沙子的平均粒径为0.35mm，纱网的孔径为3mm，铺设10层，分层进行捣实和铺平，利用轴压试验机在模型的上方进行加载，加载至3.2mpa时，模型侧面的沙层出现撒沙的现象，但模型的中间承压位置结构稳定。

试验三.长方体模型加入沙子和纱网，并在四周包裹纱网，沙子的平均粒径为0.35mm，纱网的孔径为3mm，铺设10层，分层进行捣实和铺平，利用轴压试验机在模型的上方进行加载，加载至8.7mpa时，包裹的纱网出现凸起，纱网并未出现破坏，为保护试验机停止加载。

试验四.长方体模型使用膏体充填材料制作，膏体凝固后，利用轴压试验机在模型的上方进行加载，加载至4.6mpa时，模型发生破坏。

通过试验证明网沙组合结构的承载能力大于8.7mpa，更大于膏体充填材料的承载能力4.6mpa，由此证明网沙组合结构的支护效果明显好于膏体充填。另外膏体充填需要膏体充填泵、充填管网、膏体制备等大量的设备投入，设备投入和维护成本高，而网沙组合结构使用的沙子和纱网以及锚索等材料属于矿井常用的材料，并且材料利用现有的运输系统输送方便，能够更好的节省成本。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。