一种无煤柱开采混凝土模块化沿空成巷支护结构的制作方法

本发明涉及一种无煤柱开采混凝土模块化沿空成巷支护结构，属于矿产资源开采技术领域。

背景技术：

目前多数煤矿已接近枯竭，宝贵的煤炭资源没有达到充分利用，各矿井下采区理论上资源回收率在65%以上，采煤工作面实际回采率还维持在较底水平，放顶煤开采不足80%；一次性采全高还仅限于采煤机械好的中厚煤层的矿井，装备差的矿井损失煤量更是严重。每个采煤工作面要留大量的保安煤柱，矿产资源不能达到充分利用。

2002年西安科技大学王晓利教授研发成功柔模泵注混凝土沿空留巷技术，该技术以一次性纤维柔性模板代替传统钢模板或机械模板，在端头支护效应消失前，紧跟工作面支架尾，在检修班快速浇筑混凝土连续墙，利用柔性模板透水不透浆特性和泵压强制接顶，及时主动支撑顶板，密闭采空区，以便该巷用于下一个工作面回采。

柔模混凝土沿空留巷技术在一定程度上解决了煤矿井下沿空留巷技术难题，但是存在综采支架窜架影响墙体接茬、极易跑浆漏浆、劳动强度大、混凝土浇注时间、混凝土凝固时间长、墙体不接顶和工作效率低等问题。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术的不足，提出一种无煤柱开采混凝土模块化沿空成巷支护结构，目的是解决现有柔模混凝土沿空留巷技术的支架窜架影响墙体接茬、极易跑浆漏浆、劳动强度大、混凝土浇注时间、混凝土凝固时间长、墙体不接顶和工作效率低等问题。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种无煤柱开采混凝土模块化沿空成巷支护结构，混凝土模块化墙体由三部分组成：

1）上层为接顶卸载模块，包括接顶中间混凝土模块、接顶混凝土模块、接顶缝隙混凝土模块，主要是为能顺利回收中间模块设计的卸载模块，接顶卸载模块仅中间层回收修复后再利用；

2）中间层为模块墙体层，所述模块墙体层由墙体层模块组成，所述墙体层模块均为可回收重复利用模块；

3）下层为基础模块，所述基础模块为不可回收模块。

所述基础模块位于综采工作巷道两侧边地面处，沿巷道两侧边连续设置，在所述基础模块上侧沿采空区边缘连续设置多层墙体层模块，在两侧所述墙体层模块的顶端分别设置所述接顶混凝土模块，在两侧所述接顶混凝土模块的中间沿采空区顶部连续设置有所述接顶中间混凝土模块，在所述接顶混凝土模块与所述接顶中间混凝土模块之间设置有所述接顶缝隙混凝土模块。

所述基础模块为梯形结构，配有螺纹钢主筋，其梯形顶部设有长方形凹槽。

所述墙体层模块为长方体结构的混凝土模块。

所述墙体层模块的底面与所述基础模块顶部的长方形凹槽相适配。

所述墙体层模块的顶面设有多个条状半圆形突起，所述半圆形突起平行于所述墙体层模块顶面短边，所述墙体层模块底面设有多个条状半圆形凹槽，所述半圆形凹槽与所述半圆形突起平行且位置相对应，所述半圆形突起与所述半圆形凹槽的直径相同。

所述接顶混凝土模块侧面设有u型槽，所述u型槽开口方向朝向巷道内侧。

所述接顶中间混凝土模块横截面为梯形，所述接顶中间混凝土模块在巷道顶上连续设置，所述接顶中间混凝土模块通过侧面相连，且相邻模块的梯形长边与短边反向相接，依次交互连续设置。

所述接顶缝隙混凝土模块的横截面为三角形，其尺寸根据所述接顶中间混凝土模块与所述接顶混凝土模块之间的缝隙尺寸确定。

上述所有模块之间辅设有一层塑料薄膜，起密封保护作用，回撤模块时起润滑作用。

所述中间层模块外四角（巷道内墙面）设置有预留链接锁装置，使得墙体连为一体，起安全稳定作用。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

1)本发明可实现全井田无煤柱开采，提高回采工作面回采率，可延长矿井服务年限。

2)本发明可使每个回采面减少1条掘进巷道，回采巷道掘进率降低40%以上，极大的减缓矿井采掘衔接矛盾；减少巷道维护费用，节约了掘进巷道投入资金；

3)本发明可实现各盘区工作面连续开采，提高了生产集中化程度，实现矿井高产高效，使得资源得到充分利用；

4)本发明在原有的一次性柔模混凝土支护方式基础上，模块化混凝土可回收重复利用，大大降低了支护生产成本。

5)本发明可减少井下掘进工作面从业人员，改善矿井生产条件，有利于改善矿井安全生产。

6)本发明改善了地面采动裂隙回复自痊愈条件，同时也减少地面地质灾害治理投入。

7)本发明可消除混凝土凝固时间，加快了工作面循环生产进度。

附图说明

图1是本发明所述混凝土模块化支护结构横截面示意图。

图2是本发明所述混凝土模块化支护结构的墙体层模块结构示意图。

图3是本发明所述混凝土模块化支护结构的基础模块结构示意图。

图4是本发明所述混凝土模块化支护结构的接顶中间混凝土模块结构示意图。

图5是本发明所述混凝土模块化支护结构的接顶混凝土模块结构示意图。

图6是本发明所述混凝土模块化支护结构的接顶缝隙混凝土模块结构示意图。

其中，1为基础模块，2为墙体层模块，3为接顶中间混凝土模块，4为接顶混凝土模块，5为接顶缝隙混凝土模块，6为半圆形突起，7为半圆形凹槽，8为长方形凹槽。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

一种无煤柱开采混凝土模块化沿空成巷支护结构混凝土模块化墙体由三部分组成：

（1）上层为接顶卸载模块，包括接顶中间混凝土模块3、接顶混凝土模块4、接顶缝隙混凝土模块5，接顶中间混凝土模块3设计尺寸为长度1100mm；呈梯形设计，采用混凝土强度等级为c30，混凝土模块配主筋为φ25×2400mm的螺纹钢，框架为φ26×1000mm；接顶混凝土模块4设计长度为1200mm，呈u槽形设计，采用混凝土强度等级为c20；接顶缝隙混凝土模块5的横截面为三角形，混凝土强度等级c30，配筋采用竹片，接顶背实。

（2）中间层为模块墙体层，所述模块墙体层由墙体层模块2组成，所述墙体层模块2均为可回收重复利用模块；呈长方体设计，单块墙体层模块2设计尺寸为宽度为650mm，高度600mm，长度1200mm，混凝土强度等级为c30；

（3）下层为基础模块1，基础模块1为不可回收模块，主要分散墙体和顶板对底板的直接作用力和采空区矸石对墙体的侧面作用力，增加底板磨擦阻力，稳定模块墙体，基础模块1呈平行梯形设计，设计尺寸长度1600mm，高度为600mm，宽度650mm；基础模块1配主筋为φ25×2600mm的螺纹钢，框架为φ16×2400mm；混凝土强度等级为c30。

基础模块1位于综采工作巷道两侧边地面处，在基础模块1上侧沿采空区边缘连续设置多层模块墙体层2，在两侧模块墙体层2的顶端分别设置接顶混凝土模块4，在接顶混凝土模块4的中间沿采空区顶部连续设置有接顶中间混凝土模块3，接顶混凝土模块4与接顶中间混凝土模块3之间设有所述接顶缝隙混凝土模块5，接顶缝隙混凝土模块5的尺寸根据接顶中间混凝土模块3与接顶混凝土模块4之间的缝隙确定。

基础模块1顶部设有长方形凹槽8，长方形凹槽8设计尺寸为长度1200mm，宽度为650mm，深度50mm。

墙体层模块2的顶面设有多个条状半圆形突起6，半圆形突起6平行于墙体层模块2顶面短边，墙体层模块2底面设有多个条状半圆形凹槽7，所述半圆形凹槽7与半圆形突起6平行且位置相对应，半圆形突起6与半圆形凹槽7的数量均为2个，半径均为30mm，半圆形突起6与半圆形凹槽7起承载墙体连接作用，稳定模块墙体层形成一体。

接顶中间混凝土模块3横截面为梯形，接顶中间混凝土模块3在巷道顶上连续设置，所述接顶中间混凝土模块3通过侧面相连，且相邻模块的梯形上下边反向相接，依次交互连续设置。

上述所有模块之间辅设有一层2mm的塑料薄膜，起密封保护作用，回撤模块时起润滑作用，使模块顺利抽出。

所述中间层模块外四角（巷道内墙面）设置有预留链接锁装置，使得墙体连为一体，起安全更加稳定作用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。