一种用自升式∏型钢管混凝土支护系统沿空留巷的方法与流程

本发明属于煤矿巷道支护领域，具体涉及到一种用自升式∏型钢管混凝土支护系统沿空留巷的方法。

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自升式∏型钢管混凝土支护系统沿空留巷的方法，该沿空留巷方法操作简单，在“非对称迈步式”高强锚索支护和钢管混凝土高强支撑力的作用之下，切顶效果好；在砌块墙、钢纤维混凝土喷层的保护下，采空区的瓦斯不会进入下顺槽，安全性好；采用高强混凝土支架、“非对称迈步式”锚网索支护和砌块墙进行沿空留巷，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：

一种用自升式∏型钢管混凝土支护系统沿空留巷的方法，包括以下步骤：

a：在本区段下顺槽送巷过程中，分别对下顺槽的顶板及两帮进行锚网索支护，为了更好的切顶，顶板的锚索采用“非对称迈步式”支护。

b：在工作面推进之前，对本区段下顺槽靠近采空区一侧的锚网进行拆除，然后采煤机割煤，随着采煤工作面逐渐推进，液压支架相应的前移，形成采空区。

c：本工作面采空区距下顺槽1000mm-1200mm的位置垒砌块，砌块的宽度500mm-600mm，高度以接触到直接顶为止，形成砌块墙。

d：在砌块墙上喷射钢纤维混凝土喷层，喷层厚度100mm，避免采空区中的瓦斯等有害气体进入下顺槽，砌块墙在一定程度上也能起到支撑顶板的作用。

e：把自升式∏型钢管混凝土支护系统放置在砌块墙内侧地面上，准备灌注混凝土升起支架，相邻两架钢管混凝土支护系统的间距为800mm-1000mm。

f：打开混凝土灌注开关，混凝土就会从单向阀出砼口进入到管道空腔中，管道空腔注满后，∏形外部钢管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和高密度铁丝网的排气阀而排出。直到∏形外部钢管的横梁达到直接顶且具有一定的初撑力时关掉混凝土灌注开关，停止注混凝土，形成钢管混凝土支架。

g：混凝土固结之后，∏型钢管混凝土支架、砌块墙以及原有的锚网索支护构成了沿空留巷。

h：在∏型钢管混凝土支架、砌块墙以及原有的锚网索支护系统作用下，工作面推过后，在工作面后方下顺槽形成了沿空留巷。

步骤a所述的锚网索支护，两帮采用锚网支护，顶板采用锚网索支护，锚杆间距800mm，排距800mm，锚索间距800mm，排距1600mm，锚索同时配合两孔钢带支护，锚索采用“非对称迈步式”支护。

上述的“非对称迈步式”支护，“非对称式”表示锚索偏向于采空区侧，不是以下顺槽的中心线对称布置。“迈步式”是指用两孔钢带所关联的两根锚索和另外两根关联的锚索用类似人腿行走的方式布置，这种布置方式有利于切顶，保持巷道的稳定性。

步骤e中所述的自升式∏型钢管混凝土支护系统包括内部钢管、圆形底座、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、外部钢管环形筋等部分。

上述的外部钢管成∏型，能够在充填泵灌注混凝土的压力作用下逐渐升起，∏型外部钢管水平部分对顶板能施加100kN-150kN的初撑力。

上述的∏形外部钢管环形筋直径为25mm，间距为200mm，均匀焊接在∏形外部钢管上，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。

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

上述的支护系统是由∏型钢管混凝土支架、砌块墙以及原有的锚网索支护组成的。

本发明公开了一种用自升式∏型钢管混凝土支护系统沿空留巷的方法，主要通过内部钢管上的单向阀注入混凝土，管道空腔注满后使得∏形外部钢管逐渐升起，在混凝土泵的高压力作用之下，∏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，形成的钢管混凝土支架整体强度能达到1400kN-1600kN。∏型钢管混凝土支架、砌块墙以及原有的锚网索支护形成了沿空留巷的支护系统。

本发明的一种用自升式∏型钢管混凝土支护系统沿空留巷的方法，其中最重要的是自升式∏型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，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：用自升式∏型钢管混凝土支护系统沿空留巷的方法工作面剖面图

图2:用自升式∏型钢管混凝土支护系统沿空留巷的方法俯视图

图3:自升式∏型钢管混凝土支护系统图

图4:单向阀构造示意图

图5：排气阀构造示意图

图6：沿空留巷顶板支护示意图

其中：1、基本顶，2、直接顶，3、实体煤，4、采空区，5、砌块墙，6、钢管混凝土支架，7、下顺槽，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，23、锚杆，24、锚索，25、两孔钢带，26、钢纤维混凝土喷层，27、液压支架

具体的实施步骤

本发明公开了一种用自升式∏型钢管混凝土支护系统沿空留巷的方法，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。

本发明一种用自升式∏型钢管混凝土支护系统沿空留巷的方法工作面剖面示意图如图1所示，砌块墙及其在上面喷射的钢纤维混凝土喷层26起到密封采空区4中瓦斯等有害气体进入下顺槽7，而自升式∏型钢管混凝土支架6则对直接顶2和基本顶1有较高的初撑力和高强度，起到切顶以及留巷的作用。

本发明一种用自升式∏型钢管混凝土支护系统沿空留巷的方法下顺槽的顶板和实体煤侧的锚网索支护如图1和图6所示。下顺槽7整体采用锚网索支护，顶板采用“非对称迈步式”锚索24加强支护，“非对称式”表示锚索24偏向于采空区侧，不是以下顺槽7的中心线对称布置。“迈步式”是指用两孔钢带25所关联的两根锚索24和另外两根关联的锚索24用类似人腿行走的方式布置。

本发明的自升式∏型钢管混凝土支护系统如图3所示，底座16保持自升式∏型钢管混凝土支护系统的稳定并避免钻底的发生，外部钢管环形筋13加强钢管混凝土支架的强度，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沿着内部钢管15上升的时候密封圈14保持不动。单向阀进砼口19朝向外侧，方便于连接混凝土注浆泵9，排气阀11的位置朝向外侧。混凝土注浆泵9通过单向阀10将混凝土送入管道空腔中，在灌注的过程中，管道空腔中的空气通过排气阀11排出。管道空腔注满后，∏形外部钢管12在混凝土注浆泵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进入管道空腔。

本发明的排气阀结构如图5所示。该排气阀内部包含高密度铁丝网22、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。

本发明的沿空留巷方法，主要步骤为：

a：在本区段下顺槽送巷过程中，分别对下顺槽7的顶板及两帮进行锚网索支护，为了更好的切直接顶2和基本顶1，顶板的锚索采用“非对称迈步式”支护。

b：在工作面推进之前，对本区段下顺槽7靠近采空区4一侧的锚网进行拆除，实体煤3侧和顶板的锚杆23和锚索24支护保持不变，然后采煤机割煤，沿着采煤工作面推进方向8逐渐推进，液压支架27相应的前移，形成采空区。

c：本工作面采空区4距下顺槽1000mm-1200mm的位置垒砌块，砌块的宽度500mm-600mm，高度以接触到直接顶2为止，形成砌块墙5。

d：在砌块墙5上喷射钢纤维混凝土喷层26，喷层厚度100mm，避免采空区4中的瓦斯等有害气体进入下顺槽7，砌块墙5在一定程度上也能起到支撑顶板的作用。

e：把自升式∏型钢管混凝土支护系统放置在砌块墙5内侧地面上，准备灌注混凝土升起支架，相邻两架钢管混凝土支护系统的间距为800mm-1000mm。

f：打开混凝土灌注开关18，混凝土就会从单向阀出砼口20进入到管道空腔中，管道空腔注满后，∏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。

g：混凝土固结之后，∏型钢管混凝土支架6、砌块墙5以及原有的锚网索支护构成了沿空留巷的支护系统。

h：在∏型钢管混凝土支架6、砌块墙5以及原有的锚网索支护系统作用下，工作面推过后，在工作面后方下顺槽7形成了沿空留巷。