一种用于沿空留巷巷旁支护的注浆钢管墩柱及使用方法

本发明涉及矿用设备，具体为一种用于沿空留巷巷旁支护的注浆钢管墩柱及使用方法。

背景技术：

1、我国煤矿以井工开采为主，近几年沿空留巷技术应用越来越广。沿空留巷技术需要人工架设巷旁支护。巷旁支护体的要求是具有较高的承载能力，同时具有一定的可缩性，以适应顶板下沉变形。

2、目前沿空留巷巷旁支护使用的方法主要有三种，一种是砌块式或浇筑式墙体结构支撑。该方法砌块式墙体结构主要以混凝土砌块或浇筑混凝土及其它类似材料为主，偶有采用石材或砖材砌块进行巷旁支护的，由于工程量大、成本高，目前应用较少。砌块式巷旁支护结构是将混凝土块等砌筑成支护墙体，使得混凝土砌筑墙体以及围岩形成一个契合的整体，共同承受来自上覆围岩的压力。该种巷旁支护结构首先要在地面配制好混凝土砌块，浇筑成型，当混凝土砌块达到最终的强度时再通过运输设备运送至井下留巷区域进行构筑。混凝土砌块巷旁支护体的典型优点是前期支护阻力大、增阻速度快、切顶效果好，能够适应沿空留巷对早期支护强度较高的条件，同时对采空区的密闭和隔离效果较好。但是其缺点是支护体的刚性大、可缩量较小，当其后期承载力不足时容易造成全宽度的支护体破坏，同时其成本较高、构筑巷旁支护体的劳动强度大、留巷的效率低、速度慢。

3、二是u型钢支护技术。u型钢具有可缩性，当承受载荷大于缩动能力时，会产生缩动，从而避免围岩压力过大而造成支架破坏，所以可缩性u型钢金属支架越来越多地被应用在煤矿的主要巷道和软岩地段。可缩性u型钢支架具有初撑强度高，韧性好，具有一定可缩性等优点，但u型钢支架承载能力弱、抵抗侧压能力弱，在实际工程应用中，u型钢支架常常会因为受力不均衡而破坏，严重影响巷道的安全使用要求。

4、三是钢管混凝土墩柱支护。钢管混凝土墩柱支柱具有支护性价比高、留巷速度快等特点，但是传统的钢管混凝土墩柱需要在钢管内充填进混凝土，而混凝土需要水泥、砂子、石子进行搅拌、泵送，输送管路直径较粗，需要较多大型的设备，工序较多，且需要在柱体上加工较大尺寸的注浆口用来泵入混凝土，对钢管的整体性有一定的影响。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于沿空留巷巷旁支护的注浆钢管墩柱及使用方法，解决了现有的沿空留巷巷旁支护成本较高、构筑巷旁支护体的劳动强度大，且安全系数较低的问题。

3、技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于沿空留巷巷旁支护的注浆钢管墩柱，包括注浆钢管墩柱和气动注浆泵，若干个所述注浆钢管墩柱均匀排布在预留巷道中，所述气动注浆泵设置在预留巷道内，所述气动注浆泵的输入端连接有搅拌桶，所述气动注浆泵的输出端连接有注浆管路，所述注浆管路的末端连接至注浆钢管墩柱内部，所述注浆钢管墩柱包括柱帽和柱体，所述柱帽连接在柱体的顶端表面，所述柱帽的顶端表面设置有柔性垫层，所述注浆钢管墩柱的一侧设置有若干个空钢管墩柱，所述注浆钢管墩柱的外侧表面设置有挡矸装置。

5、作为本发明的优选技术方案，所述柱帽包括定位管和上顶板，所述上顶板设置在柱体的顶端表面，所述定位管安装在上顶板的顶端表面，所述套筒安装在上顶板的底端表面，所述套筒的外侧表面延伸至柱体的内部。

6、作为本发明的优选技术方案，所述柱体包括下底板和上侧护肋板，所述下底板的顶端表面设置有若干个钢管，所述钢管和下底板之间设置有下侧护肋板，所述钢管的外侧表面设置有安装把手，所述上侧护肋板设置在钢管的顶端表面，所述钢管之间设置有注浆口。

7、作为本发明的优选技术方案，所述连接卡扣包括环形卡扣和连接板，所述环形卡扣套装在柱体的外侧表面，所述连接板通过固定螺丝连接在两个相邻的环形卡扣之间。

8、作为本发明的优选技术方案，所述挡矸装置包括金属菱形网和钢筋网，所述金属菱形网设置在采空区与预留巷道之间，所述金属菱形网的外侧挂设有风筒布，所述钢筋网的顶端表面与底端表面分别与巷道顶底板捆扎在一起，所述钢筋网的外侧表面分布有密封喷涂材料。

9、本发明还提供一种用于沿空留巷巷旁支护的注浆钢管墩柱的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

10、s1、在需要保留的上一区段的预留巷道中，根据巷道的高度、长度及围岩性质计算得出巷道所需支护力来选择合适的钢管的尺寸参数及数量，加工出相应数量的柱体与柱帽；

11、s2、随着回采工作面的推进，在采空区与预留巷道之间挂设金属菱形网，金属菱形网尺寸根据巷高设定，金属菱形网的一端与顶板搭接，金属菱形网的另一端与底板固定；

12、s3、金属菱形网挂设完毕后，进行铺设风筒布，风筒布上下各超出巷道300mm，超出部分分别固定到顶底板，并进行有效封闭，风筒布搭缝处宽度300mm，固定后亦进行封闭处理；

13、s4、铺设完成风筒布后，进行钢筋网的铺设，钢筋网采用直径为65mm的钢筋焊接，上下与巷道顶底板捆扎在一起，钢筋网与钢筋网之间重叠100mm，并用铁丝捆扎，捆扎后与原支护的金属菱形网搭接固定；

14、s5、在液压支架后方10m范围内喷涂密封喷涂材料，其厚度≥100mm。通过挡矸网、风筒布、钢筋网和密封喷涂材料联合作用形成挡矸装置，防止采空区矸石垮落入预留巷道以及防止发生漏风现象；

15、s6、进行注浆钢管墩柱的架设；

16、s7、柱体竖起后，将柱帽的套筒插入到柱体进行配合安装，通过柱帽上部的定位管部分插入巷道顶板来进行空钢管墩柱上部固定，如图2所示；

17、s8、在柱体和柱帽固定之后，进行柔性垫层的接顶安装，柔性垫层的一边至中部加工出一条用于与定位管配合的槽口，如图2所示，此时定位管同时起到对柔性垫层进行三个方向固定的作用，使柔性垫层更稳定地与注浆钢管墩柱进行联合支护；

18、s9、进行水泥类注浆材料的配制；将适量的高强度水泥、膨胀剂、减水剂与水按比例加入到气动注浆泵及搅拌桶之中，然后打开气动注浆泵及搅拌桶的搅拌桶，使其充分混合形成水泥类注浆材料；

19、所述s9中在井下现场配制水泥类注浆材料，所用的水泥类注浆材料由高强度水泥分别与膨胀剂、减水剂、水按比例混合搅拌进行配制，其中膨胀剂用于避免水泥类注浆材料凝固后的体积收缩，减水剂用于减少搅拌用水量，使得水泥类注浆材料在泵入钢管后，不会由于大量析水而导致水泥类注浆材料无法完全充满充实钢管，水泥类注浆材料的配制在预留巷道内进行。

20、s10、对空钢管墩柱进行注浆；

21、s11、采用连接卡扣对相邻的注浆钢管墩柱进行连接固定：将两个环形卡扣并在一起包围住钢管，然后将连接板插入两个环形卡扣中，最后用固定螺丝使连接卡扣与连接板固定连接起来，每两个注浆钢管墩柱都使用连接卡扣进行连接，使各个注浆钢管墩柱之间形成联合支护，以获得更好的稳定性和支护效果；

22、s12、在注浆钢管墩柱内的水泥类注浆材料充分凝固后，得到所述的沿空留巷巷旁支护体，巷道稳定后，根据矿压观测情况对巷道进行整形、维修等处理，及时进行复喷涂密闭材料，其厚度≥60mm。

23、作为本发明的优选技术方案，注浆钢管墩柱的架设的具体方法如下：

24、s61、将工作面支架推移前，使用注浆钢管墩柱紧跟液压支架尾部进行支护；

25、s62、进行空钢管墩柱的架设，空钢管墩柱安装可采用安装把手实施，紧贴采空区设置柱体，并将柱体架设点处的位置的底板找平，相邻空钢管墩柱间距依设计计算值选取；

26、s63、通过安装把手将柱体竖起，使得柱体中垂线与底板垂直布置，进行空钢管墩柱下部固定。

27、作为本发明的优选技术方案，所述s7中当巷道顶板有倾角α°时，在加工时根据巷道顶板角度对柱帽加工成α°的倾斜上板，以达到更贴合的支撑效果。

28、作为本发明的优选技术方案，对空钢管墩柱进行注浆的具体步骤如下：

29、sa、将多根空钢管墩柱设为一组，空钢管墩柱安放时间不超过8小时，集中进行灌注水泥类注浆材料；

30、sb、注浆开始前，将注浆管路与注浆口相连接，然后关闭气动注浆泵及搅拌桶的搅拌桶，打开气动注浆泵及搅拌桶的气动注浆泵，开始进行水泥类注浆材料的泵送,使水泥类注浆材料充实充满在钢管中；

31、sc、当柱体中泵入的多余水泥类注浆材料通过定位管溢出时，结束泵送，关闭气动注浆泵及搅拌桶的气动注浆泵；

32、sd、将注浆管路连接到下一根空钢管墩柱的注浆口，准备灌注下一根空钢管墩柱，直至灌注完整组的注浆钢管墩柱，灌注完成之后，及时对气动注浆泵及搅拌桶和注浆管道用清水进行清洗，以防止水泥类注浆材料在管路中形成堵塞，影响下次注浆。

33、有益效果

34、本发明具有以下有益效果：

35、(1)、该用于沿空留巷巷旁支护的注浆钢管墩柱，其结构紧凑，原理简单，注浆钢管墩柱整体组成部分包括钢管、柱帽、定位管、柔性垫层、核心水泥类注浆材料、连接杆和密封喷涂材料，其实施成本较低，支护速度快，对巷道顶板支撑能力强。

36、(2)该用于沿空留巷巷旁支护的注浆钢管墩柱，采取钢管内特种水泥类注浆材料，比较普通的混凝土易于搅拌和泵送，注浆口小，降低了注浆口尺寸对钢管强度的影响，同时特种水泥类注浆材料凝固速度快，早期强度高，能够使墩柱及时达到最大承载能力，钢管墩柱柱顶安装的柱帽可调节角度，以适应不同情况的顶板，使支撑结构更加合理、稳固。

37、(3)该用于沿空留巷巷旁支护的注浆钢管墩柱的使用方法，通过多个注浆钢管墩柱通过连接杆连成一排，形成稳定的巷旁支护体骨架，同时用注浆钢管墩柱进行巷旁支护，一方面大大提高巷旁支护的支撑能力和安全性能，与传统构造巷旁墙体相比，又能节省大量的巷旁支护材料、工程量和人工劳动量，大大提高工程效率。

38、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。