本发明涉及煤矿开采领域，具体涉及一种煤矿开采用高强度钢管混凝土支柱及其使用方法。
背景技术
近年来，随着我国煤矿采深的不断加大，深井巷道矿山压力显现逐渐凸显，同时切顶卸压沿空留巷等新技术对巷道支护体的承载力要求也提高，目前采用的普通单体液压支柱由于承载力低，受较大压力后易弯曲折断，已难以满足高支撑压力的要求。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种煤矿开采用高强度钢管混凝土支柱及其使用方法，通过往钢管柱中注入混凝土，利用钢管柱对混凝土的约束，改善了混凝土的受力条件，提高了混凝土的强度，进而解决现有技术中普通单体液压支柱承载力低的问题，可实现高支撑压力的要求。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，一种煤矿开采用高强度钢管混凝土支柱，包括上部钢管柱、下部钢管柱和单向止浆阀，上部钢管柱伸入下部钢管柱中，所述下部钢管柱侧壁上开设有注浆孔，所述单向止浆阀与下部钢管柱之间通过注浆孔连通。
所述上部钢管柱用于嵌套部分的长度为上部钢管柱总长度的1/6～1/2。
所述下部钢管柱的下端固定有柱鞋，所述上部钢管柱的上端固定有柱帽，所述下部钢管柱和上部钢管柱的横截面均为圆形。
所述上部钢管柱的侧壁靠近柱帽的位置开设有排气孔。
所述单向止浆阀包括短接管、单向阀管和快速注浆头，所述短接管一端与下部钢管柱之间通过注浆孔连通，短接管另一端与单向阀管一端连通，单向阀管另一端与快速注浆头一端连通，快速注浆头另一端为用于泵入混凝土浆料的注浆口。
所述下部钢管柱和上部钢管柱内为用于填充混凝土的空腔。
所述上部钢管柱和下部钢管柱均采用厚度为6～10mm的无缝钢管，上部钢管柱的外径比下部钢管柱的内径小4～7mm。
所述混凝土为普通混凝土添加膨胀剂或者为铝酸盐自应力水泥与普通砂或石子骨料配置而成，在钢管提供的围压作用下内部应力为0.5～8mpa，强度等级为c25～c60。
本发明还提供了一种煤矿开采用高强度钢管混凝土支柱的使用方法，首先将上部钢管柱插入下部钢管柱组成一个整体，作为一个支护体结构立在巷道中需要进行支护的位置，然后通过单向止浆阀的注浆口注入混凝土，混凝土通过单向止浆阀从注浆孔注入下部钢管柱，经过持续不断地注入，直到上部钢管柱的排气孔有混凝土浆液溢出时停止注浆。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明从单向止浆阀的注浆口注入混凝土，混凝土通过单向止浆阀从注浆孔注入下部钢管柱，经过持续不断地注入，直到上部钢管柱的排气孔有混凝土浆液溢出时停止注浆，此时表示混凝土已注满下部钢管柱和上部钢管柱。本发明采用微膨胀混凝土浇筑上下部钢管构成的组合套管，利用混凝土的泵注压力，使得上部钢管柱逐渐接触巷道顶板，能够使得钢管混凝土支柱较好的适应巷道高度的变化，当巷道顶板变形时能够及时承载。采用微膨胀混凝土，终凝后提高了钢管对核心混凝土施加的预应力，提高了钢管混凝土支护体整体受力性能。与现有技术中普通单体液压支柱相比较，本发明为钢管混凝土实心支柱，本发明利用钢管柱对混凝土的约束，改善了混凝土的受力条件，提高了混凝土的强度，进而解决现有技术中普通单体液压支柱承载力低，受较大压力后易弯曲折断的问题，可实现高支撑压力的要求；而且，本发明中上部钢管柱下端嵌套入下部钢管柱中，且可以上下活动，可以利用混凝土的泵注压力，使得上部钢管柱慢慢接触巷道顶板，可以实现支柱高度的自适应调整，以适应不同的巷道高度。
进一步的，本发明上部钢管柱的内嵌套部分长度与上部钢管柱的总长度比为1/6～1/2，提高了混凝土支柱的承载能力，可以防止因为巷道压力过大而导致的支柱断裂或崩塌情况的出现，同时也提高了施工的安全性。
进一步的，本发明上部钢管柱侧壁开设有排气孔，当混凝土注满钢管柱时会有混凝土浆液从排气孔溢出，可作为监测混凝土是否填充满钢管柱内腔的标志，便于施工操作。
进一步的，本发明采用厚度为6～10mm的无缝钢管可以提高钢管柱的承重力，满足混凝土支柱承重时的强度要求。
进一步的，本发明通过设置单向止浆阀，可以防止混凝土的倒流，从注浆口注入的混凝土通过密封的单向止浆阀进入到钢管柱内腔，形成混凝土支柱。
进一步的，本发明选用微膨胀混凝土或者铝酸盐混凝土，提高了混凝土终凝后钢管对核心混凝土施加的预应力，提高了钢管混凝土支护体整体受力性能。
进一步的，本发明下部钢管柱底端的柱鞋一方面起密封作用，另外还可以分散混凝土支柱对地面的压力分布，防止因为支柱陷入地面而可能导致的支柱失去承载的作用。
附图说明
图1为钢管混凝土结构示意图；
图2为单向止浆阀结构示意图；
其中，1、下部钢管柱；2、上部钢管柱；3、混凝土；4、柱鞋；5、单向止浆阀；6、柱帽；7、排气孔；8、短接管；9、单向阀管；10、快速注浆接头；11、注浆口；12、注浆孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
如图1所示，本发明包括下部钢管柱1、上部钢管柱2、柱鞋4、柱帽6和单向止浆阀5，下部钢管柱1和上部钢管柱2均采用厚度为6～10mm的无缝钢管，上部钢管柱2的下端嵌套入下部钢管柱1中上部钢管柱2嵌套在下部钢管柱1里面的长度与上部钢管柱2的总长度比为1/6～1/2，且可上下活动；下部钢管柱1的下端与柱鞋4密封焊接在一起，这样一方面起密封作用，另外还可以分散混凝土支柱对地面的压力分布，防止因为支柱陷入地面而可能导致的支柱失去承载的作用，上部钢管柱2上端与柱帽6焊接在一起，上部钢管柱2的上端靠近柱帽6的位置开设有排气孔7，当混凝土3注满钢管柱时会有混凝土浆液从排气孔7溢出，可作为监测混凝土3是否填充满钢管柱内腔的标志，下部钢管柱1的侧壁开设有注浆孔12，用于与单向止浆阀5的输出端对接，进而注入混凝土3。
如图2所示，单向止浆阀5包括短接管8、单向阀管9和快速注浆头10，短接管8与单向阀管9相连通且通过螺栓连接在一起，单向阀管9与快速注浆头10相连通且通过螺栓连接在一起，快速注浆头10右端开设有注浆口11；单向阀管9与快速注浆头10接触的一侧面上铰接有一能够封堵注浆口11的挡板，当注浆口11向单向阀管9内注浆时，挡板被冲开，当注浆口11停止注浆时，浆料的回流会带动挡板将注浆口11封堵；单向止浆阀5的短接管8的右端正对注浆孔12与下部钢管柱1焊接在一起，这样就可以实现整个注浆过程：将混凝土3从单向止浆阀5的注浆口11注入，混凝土3依次经过单向阀管9和短接管8，经由注浆孔12注入下部钢管柱1，不断从注浆口11注入混凝土3，直到上部钢管柱2的排气孔7有混凝土浆液溢出时，表示混凝土3已注满下部钢管柱1和上部钢管柱2的内腔，此时停止往注浆口11注入混凝土3，而在单向止浆阀5的作用下，能够保证浆料稳定，直至混凝土浆料凝固。
在本发明的某一实施例中，所述下部钢管柱1外直径为219mm，壁厚为10mm，长度为4m；底端切口处焊接的正方型柱鞋4厚度为20mm，边长为400mm；在下部钢管柱1侧面切割一个直径为100mm的圆孔，焊接一个单向止浆阀5，单向止浆阀5由短接管8、单向阀管9和快速注浆接头10组成，如图2所示。短接管8管径为130mm，壁厚为10mm，单向阀管9允许浆液由注浆口11注入，而阻止了混凝土浆液的回流。快速注浆接头10可实现单向止浆阀与注浆泵的快速连接和拆卸，单向止浆阀5最低焊接处距柱鞋4的距离为300mm。
上部钢管柱2外直径为194mm，壁厚为10mm，长度为3m；顶端切口处焊接的正方形柱帽6厚度为20mm，边长为400mm；在距顶端开4个排气孔7，沿环向均匀布置，孔径为5mm，孔中心距离柱帽6的距离为15mm，上部钢管柱2和下部钢管柱1中填充的混凝土3为普通硅酸盐水泥掺入适量膨胀剂，与普通砂、石子按一定比例配置而成，混凝土强度等级为c30。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的任何限制，对于本领域的技术人员来说，可以根据以上描述的技术方案和构思，对本发明进行修改和等效结构替换，而不脱离发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。