一种煤矿沿空留巷可压缩复合充填墙体

1.本实用新型属于煤矿井下沿空留巷巷旁充填技术领域，尤其涉及一种煤矿沿空留巷可压缩复合充填墙体。


背景技术：

2.煤炭作为我国的主要能源资源，在我国能源结构中占有极其重要的地位，煤炭产业的可持续发展关系到国民经济健康发展和国家能源安全。由于长时间的高强度开采，浅层煤矿的资源储量不断下降，大部分老矿井已进入深部生产，煤炭资源的过度开采造成了严重的环境问题。与煤炭开采量持续增加相对应是越发突出的煤矸石处置遗留问题。煤矸石是煤矿在建井、开拓掘进、采煤和煤炭洗选过程中排出的含碳岩石及岩石等多种矿岩组成的混合物。矸石的堆积占用了大量土地，自燃排放的h2s、so2、no
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、co等有害气体和烟尘引起大气污染；矸石中含有重金属离子，经雨水淋漓会污染土壤及地下水环境。随着我国煤矿大型现代化矿井建设的推进，煤矿排矸呈现集中化、高产化和规模化特点，现有的煤矸石处理技术不够成熟，已经不能满足煤矸石处理的巨大需求。据统计，我国煤矸石每年的排放量约占当年煤炭产量的15％-20％，而现阶段煤矸石的综合利用尚处于初步阶段，煤矸石的综合利用率不足30％。
3.沿空留巷是实现矿井无煤柱开采的一项关键技术。通过有效的巷旁支护技术，在工作面回采过程中将回采巷道保留下来，可以有效地减少巷道的挖掘长度与数量，同时实现无煤柱开采，提高资源回收利用率。目前沿空留巷技术主要有垒设矸石袋留巷、高水材料巷旁充填、人工灌注水泥墙体留巷、化学材料充填留巷、支设密集支柱或木垛留巷、砌筑矸石带留巷、硬石膏充填带留巷、高水材料巷旁充填等几种，均在煤矿安全生产中发挥了积极的作用。除此之外，许多煤矿企业也在积极探索更加合适的沿空留巷技术，但也存在相应的一些问题，如支护设计不合理，导致留巷支护体压力与围岩变形不一致；墙体稳定性差，可压缩量小，不能适应矿压与岩层运动规律；密封性差，容易造成瓦斯泄露。
4.为此，通过有效利用煤矸石，设计一种煤矿沿空留巷可压缩复合充填墙体意义重大。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服当前沿空留巷支护墙体的不足，提出一种煤矿沿空留巷可压缩复合充填墙体，这种可压缩复合充填墙体的主墙体能满足一定的抗压强度，承受较大的压力，同时其主要材料是由井下的煤矸石制成的矸石砖，可压缩的副墙体具有高压缩性、强密封性等特点，满足让压和密封采空区的要求。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种煤矿沿空留巷可压缩复合充填墙体，包括主墙体和副墙体，所述副墙体设置在主墙体的顶部；所述主墙体由多个矸石砖垒砌而成，所述矸石砖上设有2个圆孔，上下相邻的矸石砖交错垒砌，整齐排列，所述主墙体还包括多个钢筋，所述钢筋插入矸石砖的圆孔将上下交错的矸石砖固定连接，砖缝通过
泥浆填实、密封；所述副墙体包括高强度纤维布袋，所述高强度纤维布袋填充有化学发泡材料。
7.进一步的，所述化学发泡材料是minova国际材料公司的瑞米密闭3号材料，该材料具有快速凝固、强度可调、膨胀率高等特点，能够适应大变形，同时满足密封的要求。
8.进一步的，所述矸石砖的尺寸为0.4m
×
0.2m
×
0.2m，圆孔的孔径为22mm。
9.进一步的，所述高强度纤维布袋为双层高强度防漏纤维袋，尺寸为1.5m
×
1.0m
×
0.3m。
10.进一步的，高强度纤维布袋包含1个充填口、1个排气口和4个固定带。
11.通过矸石砖墙与化学发泡材料充填而成的充填体进行结合，形成可压缩复合充填墙体，使得留巷矿压规律与材料承载性能相协调，有效地提高了让压效果和密封效果，同时利用煤炭生产过程中作为废弃物排放到地面的煤矸石，进行加工制作成具有一定抗压强度的矸石砖，有效地提高了煤炭资源回收率，降低了煤矸石地面排放污染和占地影响，对实现千米深部无煤柱绿色开采具有重要意义。
附图说明
12.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步阐明。
13.图1为本实用新型的煤矿沿空留巷可压缩复合充填墙体的结构示意图；
14.图2为本实用新型中的主墙体的结构示意图；
15.图3为本实用新型中的矸石砖的结构示意图；
16.图4为本实用新型中直接顶下沉时副墙体所承受变形示意图。
具体实施方式
17.结合图1-4，本实施例的煤矿沿空留巷可压缩复合充填墙体包括主墙体1和副墙体2，所述副墙体2设置在主墙体1的顶部；所述主墙体1由多个矸石砖11垒砌而成，所述矸石砖11上设有2个圆孔13，上下相邻的矸石砖11交错垒砌，整齐排列，所述主墙体1还包括多个钢筋12，所述钢筋12插入矸石砖11的圆孔13将上下交错的矸石砖11固定连接，砖缝通过泥浆填实、密封；所述副墙体2包括高强度纤维布袋，所述高强度纤维布袋填充有化学发泡材料。
18.本实施例优选地，所述化学发泡材料是minova国际材料公司的瑞米密闭3号材料，该材料具有快速凝固、强度可调、膨胀率高等特点，能够适应大变形，同时满足密封的要求。瑞米密闭3号材料为发泡材料，在纤维袋充满该材料后可自动接顶，其抗压强度为0.8mpa，每立方米重量400kg，初凝时间3min，终凝时间为18min。
19.本实施例优选地，所述矸石砖11的尺寸为0.4m
×
0.2m
×
0.2m，圆孔13的孔径为22mm。
20.本实施例优选地，所述高强度纤维布袋为双层高强度防漏纤维袋，尺寸为1.5m
×
1.0m
×
0.3m。
21.本实施例优选地，高强度纤维布袋包含1个充填口、1个排气口和4个固定带。
22.实际施工时，主墙体1和副墙体2平面应尽量保持接触面平整无矸石残留，灌装前，将充填袋即灌浆袋置于矸石砖墙体顶部，使用固定带将充填袋的4个角固定结实，将瑞米密闭3号材料从充填口泵入袋中，当充填袋接顶时停止泵送。主墙体1和副墙体2的高度应分别
根据实际煤层厚度与顶板下沉量进行设计。主墙体1的高度设计主要与煤层厚度有关，若煤层厚度为1.6～2m，则主墙体高度应在1.2～1.5m之间，即主墙体高度：煤层厚度＝3:4。副墙体2的高度主要与自身的压缩量有关，副墙体2不仅起到对顶板的承载作用，还具有对顶板下沉时起到缓冲的作用，即具有较大的压缩量，其压缩量即顶板的变形量，通过计算，顶板下沉量通常在0.15m左右，则在设计副墙体高度时应为顶板下沉量的两倍，即0.3m。当顶板下沉时，副墙体2充填物可以在承受压缩范围内，通过向两边延伸进行变形，既能对顶板下沉量起到良好的缓冲承载作用，又能起到密封采空区，防止瓦斯泄漏的作用。
23.在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是以上描述仅是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。