一种墩柱式充填模板及其使用方法技术

本发明专利技术属于煤矿充填开采技术领域，具体涉及一种墩柱式充填模板及其使用方法，解决了墩柱式充填开采多使用柔性土工布防渗袋装载充填材料，墩柱形状不易控制，接顶率不高，降低了充填柱控制顶板下沉效果的问题，包括钢支架和充填模袋，钢支架为伸缩杆和连接件构成的长方体框架结构，充填模袋是采用聚氯乙烯防水卷材制成的矩形袋体，充填模袋能够套设在钢支架外侧并与其紧密连接，充填模袋内侧沿其横向截面固定有若干约束筋，充填模袋顶部设置有挂钩和充填口。本发明专利技术结构合理，可在现场悬挂后即可进行充填作业，使用此充填模板构造充填体可以缩短充填作业时间，提升矿井经济效益。

A pier column filling template and its use method

The invention belongs to the field of filling mining technology in coal mine, in particular to a pier column filling template and its use method. It solves the problem that the shape of the pier column is not easily controlled, the top rate is not high, and the problem of controlling the roof sinking effect by the filling column is reduced, and the problem of controlling the sinking effect of the filling column is reduced. A steel bracket and filling bag, a rectangular frame structure composed of a telescopic rod and a connecting piece. The filling bag is a rectangular bag made of PVC waterproof rolled material. The filling bag can be set on the outside of the steel support and connected closely with it. The inside of the filling bag is fixed with a number of restraints along the cross section. The top of the mold bag is provided with a hook and a filling mouth. The structure of the invention is reasonable and can be filled after the site is suspended. The filling body can be constructed by using the filling template, and the filling time can be shortened and the economic benefit of the mine is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种墩柱式充填模板及其使用方法
本专利技术属于煤矿充填开采
，具体涉及一种墩柱式充填模板及其使用方法。
技术介绍
膏体充填开采作为一种既能高效控制地面沉降，又能解决地面煤矸石和粉煤灰堆积污染难题，实现煤炭绿色开采的新技术，在“三下”开采中得到了广泛应用。大多数煤炭开采企业选用了全采全充采煤工艺，然而在实际应用中全采全充采煤工艺存在着充填工作量大、充填成本高、充填材料相对不足等诸多问题，因此有专家提出了采空区部分充填开采方法。采空区部分充填开采方法包括条带式充填开采和墩柱式充填开采。条带式充填开采使用刚性充填滑板，滑板需配合特制液压支架进行移动，对液压支架设备要求高。墩柱式充填开采多使用柔性土工布防渗袋装载充填材料，墩柱形状不易控制，接顶率不高，降低了充填柱控制顶板下沉的效果。因此急需一种简单实用的充填模板满足煤矿井下部分充填开采的需要。
技术实现思路
本专利技术为了解决墩柱式充填开采多使用柔性土工布防渗袋装载充填材料，墩柱形状不易控制，接顶率不高，降低了充填柱控制顶板下沉效果的问题，提供了一种墩柱式充填模板及其使用方法。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种墩柱式充填模板，包括钢支架和充填模袋，钢支架为伸缩杆和连接件构成的长方体框架结构，充填模袋是采用聚氯乙烯防水卷材制成的矩形袋体，充填模袋能够套设在钢支架外侧并与其紧密连接，充填模袋内侧沿其横向截面固定有若干约束筋，充填模袋顶部设置有挂钩和充填口。伸缩杆为四根结构相同的杆件且均垂直于地面设置，连接件包括连接杆和连接钢板，连接钢板呈正方形设置且连接钢板与伸缩杆的底端固定，伸缩杆在距离顶端100mm位置侧向固定有连接杆。伸缩杆包括A型套管、B型套管和C型套管，A型套管能够在B型套管内伸缩，B型套管能够在C型套管内伸缩，B型套管和C型套管的顶部均设置有挡圈，A型套管和B型套管在距离其底端100mm位置均设置有挡板。约束筋为方形钢筋，约束筋间隔固定在充填模袋内侧，约束筋在充填模袋的中部为均匀布设，约束筋在充填模袋的上下两端为加密布设。约束筋利用直径为8mm的HPB235光圆钢筋加工而成，钢筋接头采用焊接固定，约束筋间距为150mm，充填模袋上下两端的加密区钢筋间距为100mm；当充填模袋高度小于等于3000mm时，加密区长度为500mm，当充填模袋高度大于3000mm时，加密区长度为600mm。充填模袋顶部内侧四角位置分别设置有管袋，管袋长度为80～100mm，管袋用于连接A型套管。一种墩柱式充填模板的使用方法，具体包括以下步骤：S1.计算充填间距，运用安全系数法和支路面积分配法确定充填间距s；S2.选择充填模板，依据顶板高度h和直接顶厚度d选择充填模板，所选充填模板的充填模袋长度L应大于顶板高度h，锚杆长度为d+500mm；S3.安装锚杆及钢筋网，当液压支架移动到充填柱设计位置时在后尾梁的掩护下安装锚杆并挂设钢筋网；S4.悬挂充填模袋，先将顶排挂钩挂到钢筋网上，充填模袋在自重作用下展开，使充填模袋底部接触到地面，然后调整充填模袋高度使充填模袋张紧，再将使充填模袋张紧的挂钩挂到钢筋网上；S5.进行充填工作，选用膨胀性充填材料，以提高材料固结后充填体的接顶率；S6.充填工作完成后，液压支架前移割煤，当行进到下一充填位置时重复步骤S3～S5直至采区开采并充填完毕；S7.待充填体终凝后封闭充填口。膨胀性充填材料为含有膨胀剂的膏体充填材料，膏体的质量浓度为78～82％；所述膏体充填材料由以下质量百分比的原料组成：胶结材料15％，粉煤灰20％，煤矸石45％，水20％，其中胶结材料是由普通硅酸盐水泥85％～90％、甲酸钙2％～5％、膨胀剂8％～10％，按照质量百分比均匀混合而成，膨胀剂为氧化镁。锚杆为直径20mm的螺纹钢锚杆，所选锚杆长度大于d+500mm，锚杆间距为1200mm，排距为1200mm，并采用树脂锚固剂锚固，布设完成后对锚杆施加预应力；钢筋网为规格为49000mm×900mm的钢筋网片，钢筋直径为6mm，网格间距为100mm×100mm。本专利技术结构简单、设计合理，相比现有技术具有如下有益效果：（1）本专利技术所述充填模板能够提供侧向约束控制充填体形状，模板悬挂到顶板上，保证了充填柱与顶板紧密接触，配合膨胀性充填材料综合提高了充填体接顶率，改善了控制顶板下沉的效果；（2）本专利技术所述充填模板的充填模袋袋体配有约束筋，箍筋提供的永久约束可以限制充填体的变形，和钢支架共同作用提升了充填柱的承载能力，可以减少充填柱数量，节省了充填材料；（3）本专利技术所述充填模板的充填模袋袋体具有防渗功能，在充填完成后充填口密封，充填体处于密闭的袋体的保护中，可以很好地隔离地下水和气体，提高充填体的耐久性；（4）本专利技术所述充填模板使用简单，在现场悬挂后即可进行充填作业，使用此充填模板构造充填体可以缩短充填作业时间，提升矿井经济效益。附图说明图1为本专利技术充填模袋的展开结构示意图；图2为本专利技术充填模袋的收缩结构示意图；图3为本专利技术充填模袋约束筋的布置示意图；图4为图3中约束筋的剖面图；图5为本专利技术挂钩的结构示意图；图6为本专利技术钢支架的结构示意图；图7为本专利技术伸缩杆的剖面结构示意图；图8为图1中A-A剖面的结构示意图；图9为本专利技术锚杆钢筋网的布置结构示意图；图10为本专利技术充填模板现场使用示意图。图中：1-充填模袋，2-充填口，3-约束筋，4-挂钩，5-钢支架，6-伸缩杆，7-连接杆，7.1-连接钢板，8-A型套管，9-B型套管，10-C型套管，11-挡圈，12-挡板，13-管袋，14-锚杆，15-钢筋网，16-基本顶，17-直接顶，18-顶板，19-底板，20-本专利技术充填模板。具体实施方式参照图1～图10对本专利技术进行进一步阐述，本专利技术充填模板20包括钢支架5和充填模袋1，钢支架5为伸缩杆6和连接件构成的长方体框架结构，充填模袋1是采用聚氯乙烯防水卷材制成的矩形袋体，充填模袋1能够套设在钢支架5外侧并与其紧密连接，充填模袋1内侧沿其横向截面固定有若干约束筋3，充填模袋1顶部设置有挂钩4和充填口2。其中，充填口2为圆孔，充填口2的直径为100～200mm；充填模袋1顶部设置了四排挂钩4，由于考虑到与挂钩4连接的顶板18存在凹凸不平的情况，故当顶板18高度发生小幅变化时，应合理选择四排挂钩4中的若干挂钩，用于使充填模袋1张紧，同时充填模袋挂钩4由直径6mm的钢丝制成。伸缩杆6为四根结构相同的杆件且均垂直于地面设置，连接件包括连接杆7和连接钢板7.1，连接钢板7.1呈正方形设置且连接钢板7.1与伸缩杆6的底端固定，伸缩杆6在距离顶端100mm位置侧向固定有连接杆7。A型套管8的外径为57mm，壁厚为3mm，长为［（L∕3）+100］mm，其中L为充填模袋1的高度，距管底端100mm处焊接有挡板12，挡板12内径为57mm，外径为63mm；B型套管9的外径为73mm，壁厚为3.5mm，长为［（L∕3）+100］mm，管顶端焊接有挡圈，挡圈11的内径为60mm，外径为73mm，距管底端100mm处焊接有挡板12，挡板12的直径为79mm；C型套管10的外径为89mm，壁厚为3.5mm，长为（L∕3）mm，管顶端焊接有挡圈，挡圈的内径为76mm，外径为89mm。安装时，先在A型套管8距管底端100mm处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种墩柱式充填模板，其特征在于，包括钢支架（5）和充填模袋（1），钢支架（5）为伸缩杆（6）和连接件构成的长方体框架结构，充填模袋（1）是采用聚氯乙烯防水卷材制成的矩形袋体，充填模袋（1）能够套设在钢支架（5）外侧并与其紧密连接，充填模袋（1）内侧沿其横向截面固定有若干约束筋（3），充填模袋（1）顶部设置有挂钩（4）和充填口（2）。

【技术特征摘要】
1.一种墩柱式充填模板，其特征在于，包括钢支架（5）和充填模袋（1），钢支架（5）为伸缩杆（6）和连接件构成的长方体框架结构，充填模袋（1）是采用聚氯乙烯防水卷材制成的矩形袋体，充填模袋（1）能够套设在钢支架（5）外侧并与其紧密连接，充填模袋（1）内侧沿其横向截面固定有若干约束筋（3），充填模袋（1）顶部设置有挂钩（4）和充填口（2）。2.根据权利要求1所述的一种墩柱式充填模板，其特征在于，伸缩杆（6）为四根结构相同的杆件且均垂直于地面设置，连接件包括连接杆（7）和连接钢板（7.1），连接钢板（7.1）呈正方形设置且连接钢板（7.1）与伸缩杆（6）的底端固定，伸缩杆（6）在距离顶端100mm位置侧向固定有连接杆（7）。3.根据权利要求1或2所述的一种墩柱式充填模板，其特征在于，伸缩杆（6）包括A型套管（8）、B型套管（9）和C型套管（10），A型套管（8）能够在B型套管（9）内伸缩，B型套管（9）能够在C型套管（10）内伸缩，B型套管（9）和C型套管（10）的顶部均设置有挡圈（11），A型套管（8）和B型套管（9）在距离其底端100mm位置均设置有挡板（12）。4.根据权利要求1所述的一种墩柱式充填模板，其特征在于，约束筋（3）为方形钢筋，约束筋（3）间隔固定在充填模袋（1）内侧，约束筋（3）在充填模袋（1）的中部为均匀布设，约束筋（3）在充填模袋（1）的上下两端为加密布设。5.根据权利要求4所述的一种墩柱式充填模板，其特征在于，约束筋（3）利用直径为8mm的HPB235光圆钢筋加工而成，钢筋接头采用焊接固定，约束筋（3）间距为150mm，充填模袋（1）上下两端的加密区钢筋间距为100mm；当充填模袋（1）高度小于等于3000mm时，加密区长度为500mm，当充填模袋（1）高度大于3000mm时，加密区长度为600mm。6.根据权利要求1所述的一种墩柱式充填模板，其特征在于，充填模袋（1）顶部内侧四角位置分别设置有管袋（13），管袋（13）长度为8...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国瑞，李庆东，杜献杰，戚庭野，郭育霞，王泽华，张聪俐，李化运，张树峰，王鹏，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14