一種預(yù)留變形階段型分級讓壓沿空留巷巷旁充填體及其構(gòu)筑方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤礦沿空留巷巷旁充填方法，尤其涉及一種預(yù)留變形階段型分級 讓壓沿空留巷巷旁充填體及其構(gòu)筑方法，適用于大埋深厚煤層讓壓留巷施工。
【背景技術(shù)】
[0002] 沿空留巷技術(shù)是煤礦開采及回采巷道支護(hù)技術(shù)的一項重大改革，它對提高煤炭源 回收率、降低巷道掘進(jìn)率、緩解采掘緊張關(guān)系、減少煤與瓦斯突出的概率和實現(xiàn)礦井集約化 生產(chǎn)有顯著效果。
[0003] 在沿空留巷技術(shù)中，需要構(gòu)建巷旁墻體以維護(hù)巷道，巷旁墻體的科學(xué)設(shè)計及施工 是留巷成功的核心問題及關(guān)鍵技術(shù)。若墻體設(shè)計強(qiáng)度和剛度過大，墻體留設(shè)成本偏高，且在 下一個工作面推進(jìn)過程中，底板易產(chǎn)生劇烈變形，巷旁墻體上形成應(yīng)力集中對下組煤的開 采產(chǎn)生影響。若墻體剛度及強(qiáng)度設(shè)計過小，因不能抵抗上覆巖層的重量而產(chǎn)生失穩(wěn)破壞。
[0004] 中國專利申請CN101725368B公開了一種"厚煤層大采高工作面沿空留巷方法"， 其巷旁充填體的結(jié)構(gòu)形式概括為：巷旁墻體底部采用剛性墻體，頂部采用柔性讓壓氣囊。其 技術(shù)方案實質(zhì)在于，在巷旁充填體頂部留下變形空間，安裝柔性讓壓氣囊，氣囊提充氣之后 的高度等于頂板下沉量預(yù)測值；其中，氣囊上安裝有單向泄壓閥。其技術(shù)思想為：通過在 充填體的上部設(shè)置柔性讓壓氣囊，一方面，可有效保護(hù)巷旁充填體，使巷旁墻體既能剛性支 護(hù)，又能柔性讓壓，保證墻體穩(wěn)定性；另一方面，柔性讓壓氣囊的設(shè)置，（其頂板下方位置處 的密封效果好），可有效阻止采空區(qū)瓦斯溢出，防止瓦斯爆炸，并可阻止工作面空氣進(jìn)入采 空區(qū)，防止采空區(qū)煤炭自燃。
[0005] 但是，由于橡膠材質(zhì)的讓壓氣囊，存在價格昂貴、使用過程中，氣壓控制、泄壓時機(jī) 等具體操作上的諸多不便等缺點；更為重要的是，在礦井下這種惡劣工況條件下的使用過 程中，橡膠材質(zhì)的氣囊易于因刮擦、刺破或材質(zhì)老化等原因造成損壞或破損，造成支護(hù)失 效、誘發(fā)事故，以及使用過程中維護(hù)維修運行成本居高不小等問題。
[0006] 中國專利申請CN103883336A公開了一種先主動后讓壓支護(hù)的可調(diào)節(jié)沿空留巷墻 體及其施工方法，其通過井上完成各組件的預(yù)制，在巷道內(nèi)砌筑施工的方式完成。其墻體 組件包括座塊、升降支撐塊、摩擦讓壓塊及可縮讓壓塊；其中，座塊為凹字型結(jié)構(gòu)，升降支撐 塊為T字型結(jié)構(gòu)，升降支撐塊T字型結(jié)構(gòu)的水平部分在前后兩個方向上的寬度大于座塊在 前后兩個方向上的寬度；摩擦讓壓塊形狀為直角三角形；升降支撐塊豎直部分的下段的兩 側(cè)表面為錐面，升降支撐塊T字型結(jié)構(gòu)的豎直部分插入座塊的凹部，下沉到位后，該錐面與 摩擦塊的接觸面相互貼合；上述可調(diào)節(jié)沿空留巷墻體在水平方向上由若干個結(jié)構(gòu)單元連接 組成，每個結(jié)構(gòu)單元均為長方體結(jié)構(gòu)，分別由一個座塊、一個升降支撐塊和兩個摩擦讓壓塊 組合而成；每相鄰兩個結(jié)構(gòu)單元之間位于上述升降支撐塊T字型結(jié)構(gòu)的水平部分的下表面 與上述座塊的頂端平面之間填充有上述可縮讓壓塊；上述可縮讓壓塊、上述升降支撐塊和 上述座塊之間的空隙、狹縫處均使用根據(jù)要求配制出的不同強(qiáng)度等級的混凝土膠凝材料填 充、膠接。
[0007] 但是，這種結(jié)構(gòu)形式的墻體，全部采用組合式單元砌塊進(jìn)行砌筑，存在諸多方面的 不足。主要表現(xiàn)為，一方面，單元砌塊自身的預(yù)制量大且造價高；另一方面，其井下砌筑施工 工程量大，很難進(jìn)行快速施工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的之一是，提供一種預(yù)留變形階段型分級讓壓沿空留巷巷旁充填體， 其采用層層讓壓支付的技術(shù)理念進(jìn)行巷旁支護(hù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、讓壓砌塊預(yù)制方便、造價相 對低廉，且充填體的構(gòu)筑施工方便、安全性和穩(wěn)定性好，適于沿空留巷巷旁充填的快速施工 等技術(shù)特點。
[0009] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種預(yù)留變形階段型分級讓壓沿空 留巷巷旁充填體，其特征在于，底部構(gòu)筑在巷道的底板上，頂部與直接頂?shù)南卤砻嫦嘟佑|；
[0010] 所述充填體為層狀結(jié)構(gòu)，自下向上依次為普通混凝土墻體和若干層讓壓剛性體；
[0011] 所述讓壓剛性體為空心磚結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部設(shè)置若干排相互平行的通孔，各通孔的中 心軸線沿工作面推進(jìn)方向布置；
[0012] 所述讓壓剛性體的層數(shù)等于老頂巖梁的數(shù)量；按自上向下的順序，各層讓壓剛性 體的單向抗壓強(qiáng)度依次遞增，并且：
[0013] 第一層的讓壓剛性體的單向抗壓強(qiáng)度大于或者等于直接頂向下的作用力，但小于 直接頂向下的作用力與老梁第一巖梁向下的作用力之和；
[0014] 第二層的讓壓剛性體的單向抗壓強(qiáng)度大于或者等于直接頂向下的作用力與老梁 第一巖梁向下的作用力之和，但小于直接頂向下的作用力與老梁第一巖梁向下的作用力、 老梁第二巖梁向下的作用力三者之和；
[0015] 第三層的讓壓剛性體的單向抗壓強(qiáng)度大于或者等于直接頂向下的作用力與老梁 第一巖梁向下的作用力、老梁第二巖梁向下的作用力三者之和，但小于直接頂向下的作用 力與老梁第一巖梁向下的作用力、老梁第二巖梁向下的作用力、老梁第三巖梁向下的作用 力四者之和；
[0016] 依次類推，第N層的讓壓剛性體的單向抗壓強(qiáng)度大于或者等于直接頂向下的作用 力與老梁第一巖梁向下的作用力直至老梁第N巖梁向下的作用力之和，但小于直接頂向下 的作用力與老梁第一巖梁向下的作用力直至老梁第N+1巖梁向下的作用力之和；其中，N為 自然數(shù)；
[0017] 所述普通混凝土墻體的單向抗壓強(qiáng)度大于巷道頂板上方各巖層向下的作用力之 和；
[0018] 上述各層讓壓剛性體的初始高度之和A，減去其全部破損后的高度之和B，等于沿 空留巷頂板可能的最大下沉量。
[0019] 上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，采用結(jié)構(gòu)簡單、預(yù)制方便，且沉降量可準(zhǔn)確 預(yù)知與自動控制的空心磚結(jié)構(gòu)形式的讓壓砌塊，運用層層讓壓支付的技術(shù)理念進(jìn)行巷旁支 護(hù)，
[0020] 具有結(jié)構(gòu)簡單、讓壓砌塊預(yù)制方便、造價相對低廉，且充填體的構(gòu)筑施工方便、安 全性和穩(wěn)定性好，適于沿空留巷巷旁充填的快速施工等技術(shù)特點。
[0021] 上述技術(shù)方案中，讓壓砌塊采用空心磚結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)這種砌塊受壓至一定程度，被 "壓扁"（粉碎）之后，仍然可以繼續(xù)發(fā)揮類似于"剛性支撐"的支撐作用，并可以有效保持 其在采空區(qū)與工作面之間的"密封作用"。因而，適于沿空留巷的巷旁充填。
[0022] 優(yōu)選為，上述第一層的讓壓剛形體的高度和第二層的讓壓剛形體的高度分別等于 其各自內(nèi)部通孔的直徑與通孔的排數(shù)乘積的兩倍。
[0023] 該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，各層讓壓剛形體的高度分別等于其各自 內(nèi)部通孔的直徑與通孔的排數(shù)乘積的兩倍，可以在充分保證各層讓壓剛形體具有充足的讓 壓下沉空間的前提下，同時具備一定強(qiáng)度或剛度；并且，也便于加工成型。
[0024] 本發(fā)明的目的之二是，提供一種上述預(yù)留變形階段型分級讓壓沿空留巷巷旁充填 體的構(gòu)筑方法，其施工方法簡單。
[0025] 本發(fā)明為實現(xiàn)該目的所采用的技術(shù)方案是，一種上述的預(yù)留變形階段型分級讓壓 沿空留巷巷旁充填體的構(gòu)筑方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0026] 第一步，在工作面開采之前，根據(jù)已知地質(zhì)條件和通用的采場結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，計算 出沿空留巷頂板可能的最大下沉量匕；
[0027] 第二步，根據(jù)工作面上覆巖層結(jié)構(gòu)，確定讓壓剛性體的層數(shù)；并分別計算出各層讓 壓剛性體的參數(shù)，所述參數(shù)包括單向抗壓強(qiáng)度、孔徑、孔的排數(shù)和高度；
[0028] 依據(jù)所計算出的各層讓壓剛性體的參數(shù)，在井上完成各層讓壓剛性體的預(yù)制；
[0029] 第三步，采煤工作面采過后，按照現(xiàn)有巷道充填方法進(jìn)行留巷，并用金屬錨桿與單 體液壓支柱進(jìn)行頂板支護(hù)；
[0030] 然后，按照現(xiàn)有沿空留巷方法，在巷道底板上構(gòu)筑普通混凝土墻體；所述普通混凝 土墻體的高度為巷道原設(shè)計高度減去各層讓壓剛性體高度之和；
[0031] 第四步，普通混凝土墻體構(gòu)筑完成后，依次砌筑各層讓壓剛性體，直至與直接頂接 觸；
[0032] 第五步，撤出單體液壓支柱，即可。
[0033] 上述技術(shù)方案直接帶來的技術(shù)效果是，讓壓剛性體的讓壓量經(jīng)地質(zhì)條件和采場結(jié) 構(gòu)力學(xué)模