一种梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种梁?柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置及方法，通过在采空区安装垛柱式充填模板并充填，使之形成充填柱体，并在相邻充填柱体之间安装一组预应力桁架锚索装置；桁架锚索用于控制充填柱体之间的顶板，使之形成“组合?承托梁”结构，“组合梁”与充填“柱体”一起形成“梁?柱”组合控制系统，此时四个充填柱体中间的采空区顶板悬顶区域为双向板，“梁?柱”组合结构控制顶板双向板形成一个稳定的控制系统，可以在充填率不高的情况下达到良好的控制效果，降低充填开采成本，提高开采效率。
【专利说明】
一种梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置及方法，属于充填 采矿技术领域。
【背景技术】
[0002] 为了控制"三下"采煤引起的地表沉降及长臂垮落式采煤方法对环境的损害，煤炭 开采企业近年来选用了充填法采煤工艺。全采全充采煤工艺对地表沉降和环境损害取得了 很好的控制效果，但也存在着主要不足:一是因为全采全充需要充填的空间量相对较大，充 填材料供不应求的矛盾较为突出，充填工序材料成本较高;二是因为充填工作量相对较大， 占用了正常采煤工序的作业时间，采煤工作面原有的生产效率大幅度降低。
[0003] 因此，有学者提出采空区部分充填采煤方法，以减少充填工作量和充填材料使用 量，降低充填成本，提高生产效率。采空区部分充填方法主要包括条带式充填和墩柱式充 填，然而部分充填由于存在悬空顶板，悬顶处顶板下沉量大，对地表沉陷的控制效果不如全 采全充，尤其是墩柱式充填，充填率较低，悬顶面积较大，顶板控制效果不甚理想。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在提供一种梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置及方法，首先 在采空区安装垛柱式充填模板并充填，使之形成充填柱体，并在相邻充填柱体之间安装一 组预应力桁架锚索；桁架锚索用于控制充填柱体之间的顶板，使之形成"组合-承托梁"结 构，"组合梁"与充填"柱体" 一起形成"梁-柱"组合控制系统，此时四个充填柱体中间的采空 区顶板悬顶区域为双向板，"梁-柱"组合结构控制顶板双向板形成一个稳定的控制系统，可 以在充填率不高的情况下达到良好的控制效果，降低充填开采成本，提高开采效率。
[0005] 本发明提供了一种梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置，包括垛柱式充 填模板和预应力桁架锚索装置，所述桁架锚索装置将四个垛柱式充填模板连接成一个整体 支撑顶板；
[0006] 所述预应力桁架锚索装置为矿用预应力桁架锚索装置，每个桁架锚索装置由两根 桁架锚索和一个连接锁紧器组成，连接锁紧器将两根锚索连接在一起，连接锁紧器上设有 紧固螺栓;锚索将不同岩层组合在一起，提高岩层自身抗弯性能;连接锁紧器将两根锚索用 刚性材料连接在一起，共同起到悬吊托举顶板的作用，提高顶板的抗拉性能;锚索的长度由 顶板状况而定，连接锁紧器的长度由两充填柱体间的距离而定，锚索锚固段位于在顶板上 方稳定岩层(如关键层）中，连接锁紧器两端的锚索外露端头在充填柱体外侧;保证桁架锚 索的作用范围与充填柱体的支撑范围交叉耦合，从而形成"梁-柱"组合结构；
[0007]所述垛柱式充填模板设置在顶板下方，四周由拼接在一起的支撑架围成长方体框 架结构，模板的相对两个面上分别是单个支撑架或经单侧拼接后的若干支撑架组成的整 体，相邻两个面通过边缘的支撑架通过垂直拼接组成;每块支撑架包括由挡板、骨架道木和 对拉锚索组成，骨架道木由若干条平行的横向道木和三条平行的竖向道木组成，横向道木 和竖向道木呈垂直交叉设置，对拉锚索设置在每一侧模板中心的竖向道木上;骨架道木拼 接后直接接触顶板，对顶板形成支撑;在模板一侧的挡板上方设有充填口；
[0008] 相邻两个垛柱式充填模板之间安装一组桁架锚索装置，桁架锚索装置设置在相邻 两个垛柱式充填模板间空顶区的中线上，两者作用区域相耦合，形成"梁-柱"组合结构。
[0009] 上述方案中，所述挡板为木质板，厚为20-50mm，高度随采高确定，长度根据充填柱 体的尺寸确定。
[0010] 上述方案中，所述骨架道木为矿用道木，是四棱柱结构，道木截面是边长为100-200mm的正方形，横向道木两端比挡板两端各延伸出100-300mm的宽度，便于不同模板的拼 接组装，竖向道木高度和挡板的高度相同；横向道木和竖向道木分别通过钢钉固定在挡板 上，拼接后直接对顶板和充填柱体形成支撑。
[0011]上述方案中，所述拼接是指支撑架之间的拼接，分为单侧拼接和垂直拼接，设计时 将相邻支撑架的横向骨架道木交错布置以便于拼接;单侧拼接是指当充填柱体单侧长度大 于3m时，将支撑架延伸出来的横向骨架道木相互穿插进相邻支撑架的竖向道木下完成拼 接，将若干支撑架连接在一起形成一个长的整体结构，其长度与充填柱体的长度相等;垂直 拼接是指不同侧模板的相邻支撑架的拼接，此时相邻支撑架延伸出来的横向骨架道木相互 交错搭接，四周全部完成拼接后用对拉锚索施加预紧力进行固定，预紧力为10_50kN。
[0012] 上述方案中，所述对拉锚索为矿用钢绞线锚索，长度随模板的整体尺寸而定，两端 各向模板外延伸出150_300mm，对拉锚索固定在模板中心的竖向道木上，配合骨架道木为充 填柱体提供侧向压力。
[0013] 上述方案中，所述充填口为圆孔，充填口的直径为10-20cm，位于充填模板的最上 方的挡板顶部，充填完成后封闭充填口。
[0014]上述方案中，所述连接锁紧器两端的锚索端头外露在模板外侧20-40cm。
[0015] 本发明提供了一种梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的方法，包括以下步骤：
[0016] (1)根据工程条件计算初次或周期垮落步距，并结合安全系数法和支路面积分配 法确定充填间距和充填柱体的尺寸；
[0017] (2)根据充填间距设计充填柱体的位置;根据顶板岩层条件及悬顶尺寸确定桁架 锚索的尺寸;锚索锚固段位于在充填柱体上方稳定岩层中，连接锁紧器和锚索外露端头在 充填柱体外侧的悬空区域内；桁架锚索的作用范围与充填柱体的支撑范围交叉耦合，形成 梁-柱式组合结构；
[0018] (3)当充填支架移动到充填柱体设计位置时先在后尾梁的掩护下安装桁架锚索系 统，对桁架锚索施加高强预紧力，并将紧固螺栓拧紧；
[0019] 桁架锚索安装完毕后，充填液压支架再前移割煤，在后尾梁和桁架锚索的掩护下 安装垛柱式充填模板；
[0020] (4)根据充填柱体尺寸设计充填模板长度：当充填柱体单侧尺寸在3m以内时，挡板 尺寸等于充填柱体尺寸；当充填柱体单侧尺寸大于3m时，可将充填模板分段设计成若干块 小的支撑架后进行拼接，模板高度随采高确定；
[0021] (5)将制作好的充填支撑架通过矿井材料运输系统运到充填工作面，随着充填支 架的移动，在充填柱体设计的位置在临时支护的保护下将支撑架安装拼接，用对拉锚索固 定，并向对拉锚索施加10_50kN的预紧力；
[0022] (6)当四周模板拼接完成，选用膨胀性充填材料进行充填工作，以提高材料固结后 的接顶率;充填模板骨架道木直接对顶板形成支撑，控制顶板下沉量；
[0023] (7)充填工作完成后，充填液压支架前移割煤，当行进到下一充填柱体设计位置 时，重复步骤(3 )，并在两排充填柱体之间安装桁架锚索，对桁架锚索施加高强预紧力，并将 紧固螺栓拧紧；
[0024] (8)桁架锚索安装完毕后，重复步骤(4)~(6)，直至采区开采并充填完毕。
[0025] 上述方案中，所述充填柱体是由膏体充填材料固结形成的柱体，部分充填对充填 柱体强度要求较高，一般在5MPa以上;为保证柱体的形状规整，先设置充填模板进行围挡； 为保证充填后接顶率，使用膨胀性充填材料进行充填；
[0026] 所述膨胀性充填材料为含有膨润土的膏体充填材料，膏体的质量浓度为70~ 75%，其余为水;所述膏体充填材料由以下质量配比的原料组成:胶结料:膨润土:煤矸石 ： 粉煤灰为1:0.6:3:4;
[0027] 作为另一种优选方案，所述膨胀性充填材料为含有膨胀剂的膏体充填材料，膏体 的质量浓度为78~82%，其余为水;所述膏体充填材料由以下质量百分比的原料组成:胶结 材料15%，粉煤灰20%，煤矸石45%，水20%，其中胶结材料是由普通硅酸盐水泥85~90%、 甲酸钙2~5%、膨胀剂8~10%均匀混合而成，所述膨胀剂为氧化镁。
[0028]本发明的有益效果：
[0029] (1)采空区整体充填率低，充填材料需求少，充填成本低；
[0030] (2)梁柱式组合结构稳定可靠，对顶板的控制效果好；
[0031] (3)此方法结构简单，系统安装方便，生产效率高。
【附图说明】
[0032]图1为采用本发明方法处理过的采空区的结构示意图。
[0033]图2为本发明装置的整体布置图。
[0034]图3为本发明装置的俯视状态布置图（从顶板处向下俯视）。
[0035]图4为控制顶板下沉的作用原理图。
[0036]图5为垛柱式充填模板的俯视图（从顶板处向下俯视）。
[0037]图6为支撑架的示意图。
[0038] 图7为图6的左视图。
[0039]图8为充填模板单侧加长拼接图。
[0040]图9为充填模板垂直拼接图。
[0041 ]其中：1、桁架锚索装置;2、充填柱体;3、锚索;4、连接锁紧器;5、紧固螺栓;6、挡板； 7、骨架道木;8、对拉锚索;9、充填口； 10、直接顶；11、稳定岩层；12、桁架锚索作用区域；13、 充填液压支架;14、未开米煤体。
【具体实施方式】
[0042] 下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0043] 如图1~图3所示，一种梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置，包括垛柱式 充填模板和预应力桁架锚索装置1，所述桁架锚索装置1将四个垛柱式充填模板连接成一个 整体支撑顶板；
[0044] 所述预应力桁架锚索装置为矿用预应力桁架锚索装置，每个桁架锚索装置由两根 桁架锚索3和一个连接锁紧器4组成，连接锁紧器4将两根锚索3连接在一起，连接锁紧器4上 设有紧固螺栓5;锚索3将不同岩层组合在一起，提高岩层自身抗弯性能;连接锁紧器将两根 锚索用刚性材料（刚性材料一般为铸铁)连接在一起，共同起到悬吊托举顶板的作用，提高 顶板的抗拉性能;锚索的长度由顶板状况而定，连接锁紧器的长度由两充填柱体间的距离 而定，锚索锚固段位于在顶板上方稳定岩层11中，连接锁紧器两端的锚索外露端头在充填 柱体外侧;保证桁架锚索的作用范围与充填柱体的支撑范围交叉耦合，从而形成"梁-柱"组 合结构;直接顶10和上方稳定岩层11共同构成顶板；
[0045] 所述垛柱式充填模板设置在顶板下方，四周由拼接在一起的支撑架围成长方体框 架结构，模板的相对两个面上分别是单个支撑架或经单侧拼接后的若干支撑架组成的整 体，相邻两个面通过边缘的支撑架通过垂直拼接组成;每块支撑架包括由挡板6、骨架道木7 和对拉锚索8组成，骨架道木7由若干条平行的横向道木和三条平行的竖向道木组成，横向 道木和竖向道木呈垂直交叉设置，对拉锚索8设置在每一侧模板中心的竖向道木上;骨架道 木7拼接后直接接触顶板，对顶板形成支撑;在模板一侧的挡板上方设有充填口 9。见图5~ 9〇
[0046] 相邻两个垛柱式充填模板之间安装一组桁架锚索装置，桁架锚索装置设置在相邻 两个垛柱式充填模板间空顶区的中线上，两者作用区域相耦合，形成"梁-柱"组合结构。 [0047]上述方案中，所述挡板为木质板，厚为20-50mm，高度随采高确定，长度根据充填柱 体的尺寸确定。
[0048]上述方案中，所述骨架道木为矿用道木，是四棱柱结构，道木截面是边长为100-200mm的正方形，横向道木两端比挡板两端各延伸出100-300mm的宽度，便于不同模板的拼 接组装，竖向道木高度和挡板的高度相同；横向道木和竖向道木分别通过钢钉固定在挡板 上，拼接后直接对顶板和充填柱体形成支撑。
[0049]上述方案中，所述拼接是指支撑架之间的拼接，分为单侧拼接和垂直拼接，设计时 将相邻支撑架的横向骨架道木交错布置以便于拼接;单侧拼接是指当充填柱体单侧长度大 于3m时，将支撑架延伸出来的横向骨架道木相互穿插进相邻支撑架的竖向道木下完成拼 接，将若干支撑架连接在一起形成一个长的整体结构，其长度与充填柱体的长度相等;垂直 拼接是指不同侧模板的相邻支撑架的拼接，此时相邻支撑架延伸出来的横向骨架道木相互 交错搭接，四周全部完成拼接后用对拉锚索施加预紧力进行固定，预紧力为10_50kN。
[0050] 上述方案中，所述对拉锚索为矿用钢绞线锚索，长度随模板的整体尺寸而定，两端 各向模板外延伸出150_300mm，对拉锚索固定在模板中心的竖向道木上，配合骨架道木为充 填柱体提供侧向压力。
[0051] 上述方案中，所述充填口为圆孔，充填口的直径为10-20cm，位于充填模板的最上 方的挡板顶部，充填完成后封闭充填口。
[0052]上述方案中，所述连接锁紧器两端的锚索端头外露在模板外侧20-40cm。
[0053]图4示出了控制顶板下沉的原理。桁架锚索使顶板形成"组合梁"结构，充填柱体对 上部顶板形成竖向支撑；同时桁架锚索的锚索锚固段在充填柱体上方支撑区域内，两者的 作用区域在锚固段附近耦合，形成"梁-柱"组合结构。
[0054]下面通过具体的实施例来说明本发明采用梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉 的方法。
[0055] 实施例1:
[0056] 1.当直接顶厚度大于5m、强度大于lOOMPa且完整性较好时，根据工程条件计算初 次垮落步距U，并运用安全系数法和支路面积分配法确定充填间距L'和正方形充填柱体边 长a;其中：
L ' = Lra，其中，h为直接顶厚度，RT为直接顶抗拉强 度，q为直接顶上覆载荷，￡。1>为充填柱体抗压强度，ki、k2为安全系数；
[0057] 2.根据充填间距设计充填柱体和桁架锚索的位置，桁架锚索位于相邻两个充填柱 体间悬空区域的中线上;根据顶板岩层条件及悬顶尺寸确定桁架锚索的尺寸，锚索锚固段 位于在充填柱体上方稳定岩层中，连接锁紧器和锚索外露端头在充填柱体外侧悬空区域 内；
[0058] 3.当充填支架移动到充填柱体设计位置时先在后尾梁的掩护下安装桁架锚索系 统，对桁架锚索施加高强预紧力100~150kN，并将紧固螺栓拧紧；
[0059]桁架锚索安装完毕后，充填液压支架再前移割煤，在后尾梁和桁架锚索的掩护下 安装充填模板并进行充填工作；
[0060] 4、根据充填柱体尺寸设计充填模板长度：当充填柱体单侧尺寸在3m以内时，挡板 尺寸等于充填柱体尺寸；当充填柱体单侧尺寸大于3m时，可将充填模板分段设计成若干块 小的支撑架后进行拼接，模板高度随采高确定；
[0061] 5、将制作好的充填支撑架通过矿井材料运输系统运到充填工作面，随着充填支架 的移动，在充填柱体设计的位置在临时支护的保护下将支撑架安装拼接，用对拉锚索固定， 并向对拉锚索施加10_50kN的预紧力；
[0062] 6、当四周模板拼接完成，使用掺有膨润土的膏体充填材料(其中：胶结料:膨润土 ： 煤矸石:粉煤灰为1: 〇. 6:3:4，膏体的质量浓度为72% )，以提高材料固结后的接顶率;桁架 锚索可提供临时支护，控制顶板下沉量；
[0063] 7、充填工作完成后，充填液压支架前移割煤，当行进到下一充填柱体设计位置时， 重复步骤3,并在两排充填柱体之间安装桁架锚索，对桁架锚索施加高强预紧力，并将紧固 螺栓拧紧；
[0064] 8、桁架锚索安装完毕后，重复步骤4~6,直至采区开采并充填完毕。
[0065] 实施例2:
[0066] 1.当直接顶厚度小于5m、强度小于lOOMPa且完整性较差时，根据工程条件计算周 期垮落步距L 2,并运用安全系数法和支路面积分配法确定充填间距L'和正方形充填柱体边 长a;其中：
L ' = L2_a，其中，h为直接顶厚度，RT为直接顶抗拉强 度，q为直接顶上覆载荷，￡。1>为充填柱体抗压强度，ki、k2为安全系数；
[0067] 2.根据充填间距设计充填柱体和桁架锚索的位置，桁架锚索位于相邻两个充填柱 体间悬空区域的中线上;根据顶板岩层条件及悬顶尺寸确定桁架锚索的尺寸，锚索锚固段 位于在充填柱体上方稳定岩层中，连接锁紧器和锚索外露端头在充填柱体外侧悬空区域 内；
[0068] 3.当充填支架移动到充填柱体设计位置时先在后尾梁的掩护下安装桁架锚索系 统，对桁架锚索施加高强预紧力80~120kN，并将紧固螺栓拧紧；
[0069]桁架锚索安装完毕后，充填液压支架再前移割煤，在后尾梁和桁架锚索的掩护下 安装充填模板并进行充填工作；
[0070] 4、根据充填柱体尺寸设计充填模板长度：当充填柱体单侧尺寸在3m以内时，挡板 尺寸等于充填柱体尺寸；当充填柱体单侧尺寸大于3m时，可将充填模板分段设计成若干块 小的支撑架后进行拼接，模板高度随采高确定；
[0071] 5、将制作好的充填支撑架通过矿井材料运输系统运到充填工作面，随着充填支架 的移动，在充填柱体设计的位置在临时支护的保护下将支撑架安装拼接，用对拉锚索固定， 并向对拉锚索施加10_50kN的预紧力；
[0072] 6、当四周模板拼接完成，使用含有膨胀剂的膏体充填材料，质量配比为:胶结材料 15%，粉煤灰20%，煤矸石45%，水20%，其中胶结材料是由普通硅酸盐水泥88%，甲酸钙 3%，膨胀剂9%均匀混合而成，所述膨胀剂为氧化镁，膏体的质量分数为80%，以提高材料 固结后的接顶率;桁架锚索可提供临时支护，控制顶板前期下沉量；
[0073] 7、充填工作完成后，充填液压支架前移割煤，当行进到下一充填柱体设计位置时， 重复步骤3,并在两排充填柱体之间安装桁架锚索，对桁架锚索施加高强预紧力，并将紧固 螺栓拧紧；
[0074] 8、桁架锚索安装完毕后，重复步骤4~6,直至采区开采并充填完毕。
【主权项】
1. 一种梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置，其特征在于:包括垛柱式充填模 板和预应力桁架锚索装置，所述桁架锚索装置将四个垛柱式充填模板连接成一个整体支撑 顶板； 所述预应力桁架锚索装置为矿用预应力桁架锚索装置，每个桁架锚索装置由两根桁架 锚索和一个连接锁紧器组成，连接锁紧器将两根锚索连接在一起，连接锁紧器上设有紧固 螺栓;桁架锚索的上端固定在顶板上方稳定岩层中，连接锁紧器两端连接的锚索端头外露 在充填模板外侧； 所述垛柱式充填模板设置在顶板下方，四周由拼接在一起的支撑架围成长方体框架结 构，模板的相对两个面上分别是单个支撑架或经单侧拼接后的若干支撑架组成的整体，相 邻两个面通过边缘的支撑架通过垂直拼接组成;每块支撑架包括由挡板、骨架道木和对拉 锚索组成，骨架道木由若干条平行的横向道木和三条平行的竖向道木组成，横向道木和竖 向道木呈垂直交叉设置，对拉锚索设置在每一侧模板中心的竖向道木上;骨架道木拼接后 直接接触顶板，对顶板形成支撑;在模板一侧的挡板上方设有充填口； 相邻两个垛柱式充填模板之间安装一组桁架锚索装置，桁架锚索装置设置在相邻两个 垛柱式充填模板之间空顶区的中线上，两者作用区域相耦合，形成梁-柱组合结构。2. 根据权利要求1所述的梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置，其特征在于： 所述挡板为木质板，厚为20_50mm，高度随采高确定，长度根据充填柱体的尺寸确定。3. 根据权利要求1所述的梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置，其特征在于： 所述骨架道木为矿用道木，是四棱柱结构，道木截面是边长为100-200mm的正方形，横向道 木两端比挡板两端各延伸出100-300_的宽度，便于不同模板的拼接组装，竖向道木高度和 挡板的高度相同；横向道木和竖向道木分别通过钢钉固定在挡板上，拼接后直接对顶板和 充填柱体形成支撑。4. 根据权利要求1所述的梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置，其特征在于： 所述拼接是指支撑架之间的拼接，分为单侧拼接和垂直拼接，设计时将相邻支撑架的横向 骨架道木交错布置以便于拼接;单侧拼接是指当充填柱体单侧长度大于3m时，将支撑架延 伸出来的横向骨架道木相互穿插进相邻支撑架的竖向道木下完成拼接，将若干支撑架连接 在一起形成一个长的整体结构，其长度与充填柱体的长度相等;垂直拼接是指不同侧模板 的相邻支撑架的拼接，此时相邻支撑架延伸出来的横向骨架道木相互交错搭接，四周全部 完成拼接后用对拉锚索施加预紧力进行固定。5. 根据权利要求1所述的梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置，其特征在于： 所述对拉锚索为矿用钢绞线锚索，长度随模板的整体尺寸而定，两端各向模板外延伸出 150-300mm，对拉锚索固定在模板中心的竖向道木上，配合骨架道木为充填柱体提供侧向压 力。6. 根据权利要求1所述的梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置，其特征在于： 所述充填口为圆孔，充填口的直径为10-20cm，位于充填模板的最上方的挡板顶部，充填完 成后封闭充填口。7. 根据权利要求1所述的梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的装置，其特征在于： 所述连接锁紧器两端的锚索端头外露在模板外侧20-40cm。8. -种权利要求1~7任一项所述的梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的方法，其特 征在于:包括以下步骤： (1) 根据工程条件计算初次或周期垮落步距，并结合安全系数法和支路面积分配法确 定充填间距和充填柱体尺寸； (2) 根据充填间距设计充填柱体的位置;根据顶板岩层条件及悬顶尺寸确定桁架锚索 的尺寸;锚索锚固段位于充填柱体上方稳定岩层中，连接锁紧器和锚索外露端头在充填柱 体外侧的悬空区域内；桁架锚索的作用范围与充填柱体的支撑范围交叉耦合，形成梁-柱式 组合结构； (3) 当充填支架移动到充填柱体设计位置时先在后尾梁的掩护下安装桁架锚索系统， 对桁架锚索施加高强预紧力，并将紧固螺栓拧紧； 桁架锚索安装完毕后，充填液压支架再前移割煤，在后尾梁和桁架锚索的掩护下安装 垛柱式充填模板； (4) 根据充填柱体尺寸设计充填模板长度：当充填柱体单侧尺寸在3m以内时，挡板尺寸 等于充填柱体尺寸；当充填柱体单侧尺寸大于3m时，可将充填模板分段设计成若干块小的 支撑架后进行拼接，模板高度随采高确定； (5) 将制作好的充填支撑架通过矿井材料运输系统运到充填工作面，随着充填支架的 移动，在充填柱体设计的位置在临时支护的保护下将支撑架安装拼接，用对拉锚索固定，并 向对拉锚索施加10kN-50kN的预紧力； (6) 当四周模板拼接完成，选用膨胀性充填材料进行充填工作，以提高材料固结后的接 顶率;充填模板骨架道木直接对顶板形成支撑，控制顶板下沉量； (7) 充填工作完成后，充填液压支架前移割煤，当行进到下一充填柱体设计位置时，重 复步骤(3)，并在两排充填柱体之间安装桁架锚索，对桁架锚索施加高强预紧力，并将紧固 螺栓拧紧； (8) 桁架锚索安装完毕后，重复步骤(4M6)，直至采区开采并充填完毕。9. 根据权利要求8所述的梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的方法，其特征在于： 所述膨胀性充填材料为含有膨润土的膏体充填材料，膏体的质量浓度为70~75%，其余为水； 所述膏体充填材料由以下质量配比的原料组成:胶结料:膨润土 :煤矸石:粉煤灰为1: 〇. 6:3 ：4〇10. 根据权利要求8所述的梁-柱式组合结构控制采空区顶板下沉的方法，其特征在于： 所述膨胀性充填材料为含有膨胀剂的膏体充填材料，膏体的质量浓度为78~82%，其余为水； 所述膏体充填材料由以下质量百分比的原料组成:胶结材料15%，粉煤灰20%，煤矸石45%， 水20%，其中胶结材料是由普通硅酸盐水泥85~90%、甲酸钙2~5%、膨胀剂8~10% 均匀混合而成，所述膨胀剂为氧化镁。
【文档编号】E21D20/00GK105863692SQ201610270371
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】冯国瑞, 杜献杰, 李振, 戚庭野, 郭育霞, 张玉江, 白锦文, 宋凯歌, 刘国艳, 郭军, 康立勋
【申请人】太原理工大学