一种快速构筑沿空留巷的支撑结构及其施工方法与流程

1.本发明属于煤矿开采设备设备技术领域，特别涉及一种快速构筑沿空留巷的支撑结构及其施工方法。


背景技术：

2.煤矿长壁式开采，一般是在两工作面之间通过留设煤柱，用以维护回采平巷稳定性；然而在两工作面之间留设多个煤柱会造成大量煤炭资源浪费的问题，为了解决使用煤柱所带来的问题，所以逐渐通过保留上区段回采平巷用于下区段回采的沿空留巷技术替代煤柱，现有的沿空留巷的技术方法主要为：利用高强度的塑料膜，根据巷道断面尺寸制成巷旁支护形状，在现场向柔性塑料膜中注入混拌好的充填料，再用背板、槽钢等使柔性塑料膜固定，待充填料固化达到支撑强度后完成巷旁支护；使用该方法虽然能够解决大量煤炭资源浪费的问题，但是该方法存在施工时间长，施工强度大的问题。因此设计一种能够降低构筑沿空留巷的劳动强度、减少构筑沿空留巷支护施工时间的快速构筑沿空留巷的支撑结构及其施工方法具有十分重要的意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，针对现有技术中上存在的上述问题，提供一种实现无煤柱开采，提高煤炭资源回收率的高效、快速、安全的一种快速构筑沿空留巷的支撑结构及其施工方法具有十分重要的意义。
4.为了实现上述目的，本发明给出的技术方案为一种快速构筑沿空留巷的支撑结构，包括：
5.上支撑块，顶部开设有用于放置膨胀剂的第一凹槽，中部开设有用于放置应力应变传感器的第二凹槽，底部开设有多个第三凹槽；
6.下支撑块，底部置于回采煤壁底壁上，顶部开设有多个与第三凹槽一一对应的第四凹槽；
7.连接筋，设置为多个，用于连接上支撑块和下支撑块，各连接筋的顶端插入各第三凹槽内，各连接筋的底端插入第四凹槽内，且各连接筋的底端位于第四凹槽的底壁上方；
8.两个中支撑块，分别对称设在上支撑块与下支撑块之间，且两个中支撑块的支撑强度均小于上支撑块和下支撑块的支撑强度，两个中支撑块上均开设有多个弧形槽，位于两个中支撑块上相对设置的两个弧形槽拼接后嵌套在连接筋上。
9.较佳地，所述多个连接筋底端均为锥形结构。
10.较佳地，两个拼接后嵌套在连接筋上弧形槽与连接筋之间的空隙内填充有多个条形块，所述多个条形块与制备中支撑块的材料相同。
11.较佳地，相邻的两个第三凹槽之间间距为0.75m
‑
0.85m。
12.较佳地，所述上支撑块底面和下支撑块顶面均为矩形。
13.较佳地，所述上支撑块底面和下支撑块顶面均为正方形，该正方形的边长为3m
‑
3.5m。
14.较佳地，所述多个第三凹槽均呈矩阵分布。
15.一种快速构筑沿空留巷的支撑结构的施工方法，包括如下步骤：
16.s1：将上支撑块、下支撑块以及中支撑块分别根据巷道断面尺寸提前预制，且上支撑块、下支撑块以及中支撑块组装后总高低于沿空留巷的总高100
‑
150mm；
17.s2：将上述s1预制好的上支撑块、下支撑块以及中支撑块运送至采煤工作面前方5
‑
10m处，并在靠近开采工作面3
‑
5m处开设固定下支撑块的缺口，并将下支撑块固定在缺口处，然后将各连接筋底端插入各第四凹槽内，再将各连接筋顶端插入与第四凹槽对应的第三凹槽内；此时用千斤顶将上支撑块支起，将两个中支撑块分别由左右两侧推入上支撑块和下支撑块之间，此时设在两个中支撑块上的各弧形槽拼接后套在各连接筋的外部，然后向拼接套在各连接筋外部的弧形槽内填充制备多个条形块，撤去千斤顶，再向第一凹槽内注入定量的水，使膨胀剂膨胀接顶；
18.s3：随着工作面开采的推进，为了对采空区一侧持续进行支护和封闭，因此按照上述s2将上支撑块、下支撑块以及中支撑块进行组装，并按顺序依次沿巷道布置在靠近采空区一侧，并在每隔20
‑
100m的第二凹槽内安装一应力应变传感器。
19.较佳地，组装后的上支撑块、下支撑块以及中支撑块外侧利用槽钢连接加固。
20.较佳地，预制的上支撑块和下支撑块均由以下质量分数配比的原料组分制成：煤矸石40
‑
50％、粉煤灰5
‑
10％、水泥18
‑
25％、沙子5
‑
10％、石子10
‑
15％，水9
‑
15％；预制中支撑块由以下质量分数配比的原料组分制成：煤矸石50
‑
55％、粉煤灰5
‑
10％、水泥15
‑
20％、沙子5
‑
10％、石子5
‑
10％、水10
‑
15％、石棉网1
‑
2％以及交联剂1
‑
2％。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.本发明通过将上支撑块、下支撑块以及中支撑块在地面进行提前预制，然后将预制好的上支撑块、下支撑块以及中支撑块送入作业地点，然后上支撑块、下支撑块通过多个连接筋进行连接，再将中支撑块嵌套进入多个连接筋内，用于进一步缓冲多个连接筋受力，该支撑构件可以提高沿空留巷构筑的速度，改善井下沿空留巷施工工人工作条件，提高沿空留巷作业效率，降低沿空留巷施工成本，通过在上支撑块上设置第二凹槽用于放置应力应变传感器，能够实时监测支护体应力应变情况。
附图说明
23.图1为本发明一种快速构筑沿空留巷的支撑结构的整体剖面示意图；
24.图2为本发明一种快速构筑沿空留巷的支撑结构的上支撑块剖面图；
25.图3为本发明一种快速构筑沿空留巷的支撑结构的连接筋示意图；
26.图4为本发明一种快速构筑沿空留巷的支撑结构的中支撑块示意图；
27.图5为本发明一种快速构筑沿空留巷的支撑结构的下支撑块示意图；
28.图6为本发明一种快速构筑沿空留巷的支撑结构的上支撑块底面示意图；
29.图7为本发明一种快速构筑沿空留巷的支撑结构的上支撑块俯视图；
30.图8为本发明一种快速构筑沿空留巷的支撑结构的施工方法示意图；
31.图9为本发明一种快速构筑沿空留巷的支撑结构的施工方法俯视图。
32.附图标记说明：
33.1.上支撑块，2.第一凹槽，3.第二凹槽，4.第三凹槽，5.下支撑块，6.第四凹槽，7.连接筋，8.中支撑块，9.弧形槽，10.应力应变传感器。
具体实施方式
34.为了使本发明的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，本发明中对于主体的表述中用到的表示方位的术语，例如，“高度”、“长度”、“宽度”、“前表面”是基于将主体竖直放置，即与地面相互垂直时的前提下的描述，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.实施例
37.如图1
‑
9所示，本发明的具体实施方式是采用以下技术方案予以实现，一种快速构筑沿空留巷的支撑结构，包括：
38.上支撑块1，顶部开设有用于放置膨胀剂的第一凹槽2，中部开设有用于放置应力应变传感器10的第二凹槽3，底部开设有多个第三凹槽4；
39.下支撑块5，底部置于回采煤壁底壁上，顶部开设有多个与第三凹槽4一一对应的第四凹槽6；
40.连接筋7，设置为多个，用于连接上支撑块1和下支撑块5，各连接筋7的顶端插入各第三凹槽4内，各连接筋7的底端插入第四凹槽6内，且各连接筋7的底端位于第四凹槽6的底壁上方；
41.两个中支撑块8，分别对称设在上支撑块1与下支撑块5之间，且两个中支撑块8的支撑强度均小于上支撑块1和下支撑块5的支撑强度，两个中支撑块8上均开设有多个弧形槽9，位于两个中支撑块8上相对设置的两个弧形槽9拼接后嵌套在连接筋7上。
42.其中，第三凹槽4与第四凹槽6的开口形状与连接筋7的横截面形状一致，且第三凹槽4与第四凹槽6的开口形状与连接筋7横截面优选为圆形，因为圆形是最便于加工的。
43.本发明给出的快速构筑沿空留巷的支撑结构采用模块化方式，将上支撑块1、中支撑块8、下支撑块5以及多个连接筋7组装成一个支撑结构单元，其中中支撑块8的强度低于上支撑块1和下支撑块5的强度，当支撑结构单元受到顶板压力超过中支撑块8的抗压强度时，中支撑块8产生变形，由于制备中支撑块8原料组分中含有石棉网，所以在产生变形后中支撑块8仍能保持形态的完整性，中支撑块8产生变形后上支撑块1将沿连接筋7产生向下的位移，顶板产生一定的变形量，从而释放部分矿山压力，使顶板压力与支撑结构单元再一次达到力平衡。为了实现开采面连续推进，所以支撑结构单元沿采空区连续布置，相邻两个支撑结构单元之间不留空隙。
44.进一步地，所述多个连接筋7底部均为锥形结构，设置成锥形是由于当上支撑块1顶部所受压力增大时，上支撑块1下降，中支撑块8发生形变，保证连接筋在下支撑块5的第四凹槽6内向下移动时阻力的变化是一个渐变过程。
45.进一步地，两个拼接后嵌套在连接筋7上弧形槽9与连接筋7之间的空隙填充有多个条形块，所述多个条形块由制备中支撑块8的材料制成，用于增加各连接筋7与该插入弧形槽9间的摩擦力和支撑力。
46.进一步地，相邻的两个第三凹槽4之间间距均为0.75m
‑
0.85m。
47.进一步地，所述上支撑块1底面和下支撑块5顶面均为矩形，上支撑块1底面和下支撑块5顶面也可以根据开采矿山的不同设置成不同的形状。
48.进一步地，所述上支撑块1底面和下支撑块5顶面均为正方形，该正方形的边长为3m
‑
3.5m，上支撑块1底面和下支撑块5顶面也可以根据开采矿山的不同设置成不同的形状。
49.进一步地，所述多个第三凹槽4均呈矩阵分布。
50.一种快速构筑沿空留巷的支撑结构的施工方法，包括如下步骤：
51.s1：需要提前测量巷道断面尺寸，然后将上支撑块1、下支撑块5以及中支撑块8分别根据巷道断面尺寸提前在地面进行预制，且上支撑块1、下支撑块5以及中支撑块8总高低于沿空留巷总高100
‑
150mm，其中预制的上支撑块1和下支撑块5均由以下质量分数配比的原料组分制成：煤矸石40
‑
50％、粉煤灰5
‑
10％、水泥18
‑
25％、沙子5
‑
10％、石子10
‑
15％，水9
‑
15％；预制中支撑块8由以下质量分数配比的原料组分制成：煤矸石50
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55％、粉煤灰5
‑
10％、水泥15
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20％、沙子5
‑
10％、石子5
‑
10％、水10
‑
15％、石棉网1
‑
2％以及交联剂1
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2％，交联剂为环氧树脂或聚乙烯等任意一种；
52.s2：将上述s1预制好的上支撑块1、下支撑块5以及中支撑块8运送至采煤工作面前方5
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10m处，并在靠近开采工作面3
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5m处开设固定下支撑块5的缺口，并将下支撑块5固定在缺口处，然后将各连接筋7底端插入各第四凹槽6内，再将各连接筋7顶端插入与第四凹槽6对应的第三凹槽4内；此时用千斤顶将上支撑块1支起，将两个中支撑块8分别由左右两侧推入上支撑块1和下支撑块5之间，此时设在两个中支撑块8上的各弧形槽9拼接后套在各连接筋7的外部，然后向拼接套在各连接筋7外部的弧形槽9内填充制备多个条形块，撤去千斤顶，再向第一凹槽2内注入定量的水，使膨胀剂膨胀接顶，如图8所示，将组装好的快速护巷支护砌块安装在回采巷道b内，该组装好的快速护巷支护砌块靠近开采工作面(待开采c)3
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5m处；
53.s3：随着工作面开采的推进，为了对采空区一侧持续进行支护和封闭，如图8
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9因此按照上述s2将上支撑块1、下支撑块5以及中支撑块8进行组装，并按顺序依次沿回采巷道b布置在靠近采空区a一侧，为了对保证回采巷道b的稳定性，并在每隔20
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100m的第二凹槽3内安装一应力应变传感器10，用于实时监测支撑结构的变形情况。
54.进一步地，组装后的上支撑块1、下支撑块5以及中支撑块8外侧利用槽钢连接加固，用于增加稳固性。
55.以上公开的仅为本发明的较佳实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。