一种非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板及其使用方法。所述充填模板包括金属支架、充填模袋和连接装置；所述金属支架是由竖向钢管、底部钢板和顶部连接杆组成的非对称框架结构，金属支架内部通过连接装置将各部件支撑和固定住；金属支架和连接装置的外侧设有充填模袋，充填模袋是采用防水纤维布制成的，充填模袋被金属支架完全支撑起来，并与其紧密贴合，充填模袋外部设有钢筋，充填模袋内部布置有对拉钢筋，充填模袋顶部设有挂钩，模袋靠近沿空巷道侧设置有充填口。本发明专利技术能够有效解决现有沿空留巷巷旁充填体顶部的受力及下沉不均匀的问题，使得巷旁充填体保持较高的完整性，提高沿空留巷工程的成功率。

A Kind of Asymmetric Pillar Filling Formwork and Its Application in Gob-side Retaining Roadway

【技术实现步骤摘要】
一种非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板及其使用方法
本专利技术涉及一种非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板及其使用方法，属于煤矿沿空留巷

技术介绍
沿空留巷作为无煤柱开采的重要技术手段，即：将上区段工作面回采巷道通过留设窄煤柱或构筑人工墙体，将其保留下来供下区段工作面回采使用，可以将巷道布置在工作面侧向固定支承压力的应力降低区内，有利于巷道维护，同时可以减少巷道掘进量、改善采掘接替紧张、减小煤柱留设宽度、减少煤炭资源的损失、延长矿井服务年限、提高矿井开采效益。巷旁充填体作为沿空留巷的重要人工做成部分，其主要作用如下：（1）控制直接顶的离层和弯曲下沉，以减少巷内支护所受的载荷和巷道围岩的变形，保持巷道围岩的稳定性；（2）为了生产安全，及时封闭采空区，防止漏风和煤的自燃，以避免采空区中有害气体进入工作空间。由此可见巷旁充填体对沿空留巷的稳定性起着重要作用。传统的巷旁充填体模板均为六面体式，在生产的实际过程中会发生顶部的受力及下沉不均匀现象，因此急需一种新型的巷旁充填模板来解决上述现象。
技术实现思路
本专利技术为了缓解在矿井开采过程中，沿空巷道巷旁充填体顶部受力及下沉不均匀的特点，提供了一种非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板及其使用方法。本专利技术针对沿空留巷巷道顶板属中等稳定强度顶板，即节理裂隙不发育的致密泥岩、粉砂岩、砂质泥岩等顶板条件下使用。本专利技术提供了一种非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板，包括金属支架、充填模袋和连接装置；所述金属支架是由竖向钢管、底部钢板和顶部连接杆组成的非对称框架结构，金属支架内部通过连接装置将各部件支撑和固定住；金属支架和连接装置的外侧设有充填模袋，充填模袋是采用防水纤维布制成的，充填模袋被金属支架完全支撑起来，并与其紧密贴合，充填模袋外部设有钢筋（称外部加筋），充填模袋内部布置有对拉钢筋，充填模袋顶部设有挂钩，模袋靠近沿空巷道侧设置有充填口。金属支架由六根竖向钢管、六条底部钢板、七根顶部连接杆组成；竖向钢管包括六根平行排列的钢管，其中四根等高且平行排列的第一竖向钢管、第二竖向钢管、第三竖向钢管、第四竖向钢管组成第一竖向钢管组，另外两根较低的第五竖向钢管、第六竖向钢管组成第二竖向钢管组；底部钢板共有六条，底部钢板分为两条横向钢板和四条纵向钢板，在第一竖向钢管、第二竖向钢管底部之间设有一条横向钢板，在第五竖向钢管、第六竖向钢管底部之间设有另一条横向钢板，在第一竖向钢管和第三竖向钢管底部之间、第二竖向钢管和第四竖向钢管底部之间、第三竖向钢管和第五竖向钢管底部之间、第四竖向钢管和第六竖向钢管底部之间分别设有纵向钢板；顶部连接杆共有七根，包括三根横向连接杆和四根纵向连接杆，在第一竖向钢管和第二竖向钢管顶部之间、第三竖向钢管和第四竖向钢管顶部之间、第五竖向钢管和第六竖向钢管顶部之间分别设有横向连接杆，在第一竖向钢管和第三竖向钢管顶部之间、第二竖向钢管和第四竖向钢管顶部之间、第三竖向钢管和第五竖向钢管顶部之间、第四竖向钢管和第六竖向钢管顶部之间分别设有纵向连接杆，前两条纵向连接杆为水平放置，后两条纵向连接杆为倾斜放置。进一步地，所述竖向钢管的长度分别依据煤层厚度s及巷道高度h综合确定，若巷道高度h小于煤层厚度s，则第一竖向钢管组高度h1为h-50mm，第二竖向钢管组高度h2为h-200mm；若巷道高度h大于等于煤层厚度s，则第一竖向钢管组高度h1为s-50mm，第二竖向钢管组高度h2为s-200mm，两组竖向钢直径d1均为60mm；底部横向钢板长度为a-50mm，底部纵向钢板长度为b/2-50mm，两组底部钢板宽度x均为60mm，厚度y均为5mm；顶部横向连接杆长度为a-50mm，水平放置的顶部纵向连接杆长度b1为b/2-50mm，倾斜放置的顶部纵向连接杆长度b2为mm，三组顶部连接杆直径d2均为50mm；其中，a为巷旁充填模板长度，b为巷旁充填模板宽度。当充填模袋长度a≤4000mm，对拉钢筋间距m为700mm；当充填模袋长度a＞4000mm，对拉钢筋间距m为600mm；当充填模袋金属支架的第二竖向钢管组高度h2≤2800mm，对拉钢筋排距n为800mm；当充填模袋金属支架的第二竖向钢管组高度h2＞2800mm，对拉钢筋排距n为700mm。所述连接装置包括金属支架底部的第一、第二连接装置，金属支架顶部的第三、第四、第五连接装置，金属支架底部第一连接装置由一个竖向圆柱形套筒、两个横向立方体套筒两两相互垂直焊接而成，用于连接第一、第二、第五、第六竖向钢管及其底部周边的部件；圆柱形套筒内径d1’为62mm、高度Z1为100mm，立方体套筒内部长度X1为62mm、内部宽度Y1为7mm、高度Z2为100mm。金属支架底部第二连接装置由一个竖向圆柱形套筒、一个横向立方体套筒焊接而成，将圆柱形套筒底部焊接在横向立方体套筒中部；用于连接第三、第四竖向钢管底部及其周边的部件；圆柱形套筒内径d2’为62mm、高度Z3为100mm，立方体套筒内部长度X2为62mm、内部宽度Y2为7mm、高度Z4为200mm。金属支架顶部第三连接装置由三个竖向圆柱形套筒两两垂直焊接而成；用于连接第一、第二竖向钢管顶部及其周边的部件；各套筒高度Z5均为100mm，其中一个套筒内径d3’为62mm，另两个套筒内径d4’为52mm。金属支架顶部第四连接装置由四个竖向圆柱形套筒焊接而成；用于连接第三、第四竖向钢管顶部及其周边的部件；套筒高度Z6均为100mm，一个套筒内径d5’为62mm，另三个套筒内径d6’为52mm，焊接角度分别为90°、90°、90°和，其中。金属支架顶部第五连接装置由三个竖向圆柱形套筒焊接而成；用于连接第五、第六竖向钢管顶部及其周边的部件；套筒高度Z7均为100mm，一个套筒内径d7’为62mm，另两个套筒内径d8’为52mm，焊接角度分别为90°、90°和，其中。巷旁充填模板外部加筋为φ25mm的500#高强螺纹钢，充填模板横向外部加筋长度L1为a-50mm，充填模板纵向外部加筋长度L2为b-50mm，其中a为充填模袋的长度，b为充填模袋的宽度。外部加筋连接装置有两个相互垂直的圆柱形套筒焊接而成；用于将外部加筋端头进行两两连接；各套筒高度Z8均为100mm，套筒内径d9’均为27mm。内部对拉钢筋为φ25mm的500#高强螺纹钢，内部对拉钢筋间隔固定在充填模袋上，内部拉筋外端丝扣长度不小于100mm，拉筋外部两端各有一套由高强度托板、球形垫和尼龙垫圈构成的固定装置。充填模袋上部设置有充填口，充填口直径D为100mm，用于混凝土材料或（似）膏体材料的充入，充填口垂直位置为h1-150mm，水平位置为a/2mm。本专利技术提供了一种非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板的使用方法，具体包括以下步骤：（1）计算沿空巷道巷旁充填体的长度和宽度，根据矿井生产条件确定巷旁充填体的长度a，若矿井生产每班割煤n刀则巷旁充填体长度a为n×c，c为采煤机截割步距；运用FLAC3D数值计算软件计算确定合理的巷旁充填宽度b；（2）选择巷旁充填模板，根据上述方法确定巷旁充填模板金属支架的尺寸，包括第一竖向钢管组高度h1、第二竖向钢管组高度h2、底部横向钢板长度，底部竖向钢板长度，顶部连接杆长度；（3）悬挂充填模板：先将沿空巷道侧顶部挂钩悬挂到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：包括金属支架、充填模袋和连接装置；所述金属支架是由竖向钢管、底部钢板和顶部连接杆组成的非对称框架结构，金属支架内部通过连接装置将各部件支撑和固定住；金属支架和连接装置的外侧设有充填模袋，充填模袋是采用防水纤维布制成的，充填模袋被金属支架完全支撑起来，并与其紧密贴合，充填模袋外部设有钢筋，称外部加筋，充填模袋内部布置有对拉钢筋，充填模袋顶部设有挂钩，模袋靠近沿空巷道侧设置有充填口。

【技术特征摘要】
1.一种非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：包括金属支架、充填模袋和连接装置；所述金属支架是由竖向钢管、底部钢板和顶部连接杆组成的非对称框架结构，金属支架内部通过连接装置将各部件支撑和固定住；金属支架和连接装置的外侧设有充填模袋，充填模袋是采用防水纤维布制成的，充填模袋被金属支架完全支撑起来，并与其紧密贴合，充填模袋外部设有钢筋，称外部加筋，充填模袋内部布置有对拉钢筋，充填模袋顶部设有挂钩，模袋靠近沿空巷道侧设置有充填口。2.根据权利要求1所述的非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：金属支架由六根竖向钢管、六条底部钢板、七根顶部连接杆组成；竖向钢管包括六根平行排列的钢管，其中四根等高且平行排列的第一竖向钢管、第二竖向钢管、第三竖向钢管、第四竖向钢管组成第一竖向钢管组，另外两根较低的第五竖向钢管、第六竖向钢管组成第二竖向钢管组；底部钢板共有六条，底部钢板分为两条横向钢板和四条纵向钢板，在第一竖向钢管、第二竖向钢管底部之间设有一条横向钢板，在第五竖向钢管、第六竖向钢管底部之间设有另一条横向钢板，在第一竖向钢管和第三竖向钢管底部之间、第二竖向钢管和第四竖向钢管底部之间、第三竖向钢管和第五竖向钢管底部之间、第四竖向钢管和第六竖向钢管底部之间分别设有纵向钢板；顶部连接杆共有七根，包括三根横向连接杆和四根纵向连接杆，在第一竖向钢管和第二竖向钢管顶部之间、第三竖向钢管和第四竖向钢管顶部之间、第五竖向钢管和第六竖向钢管顶部之间分别设有横向连接杆，在第一竖向钢管和第三竖向钢管顶部之间、第二竖向钢管和第四竖向钢管顶部之间、第三竖向钢管和第五竖向钢管顶部之间、第四竖向钢管和第六竖向钢管顶部之间分别设有纵向连接杆，前两条纵向连接杆为水平放置且等长，后两条纵向连接杆为倾斜放置且等长。3.根据权利要求2所述的非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：所述竖向钢管的长度分别依据煤层厚度s及巷道高度h综合确定，若巷道高度h小于煤层厚度s，则第一竖向钢管组高度h1为h-50mm，第二竖向钢管组高度h2为h-200mm；若巷道高度h大于等于煤层厚度s，则第一竖向钢管组高度h1为s-50mm，第二竖向钢管组高度h2为s-200mm，两组竖向钢直径d1均为60mm；底部横向钢板长度为a-50mm，底部纵向钢板长度为b/2-50mm，两组底部钢板宽度x均为60mm，厚度y均为5mm；顶部横向连接杆长度为a-50mm，水平放置的顶部纵向连接杆长度b1为b/2-50mm，倾斜放置的顶部纵向连接杆长度b2为mm，三组顶部连接杆直径d2均为50mm；其中，a为巷旁充填模板长度，b为巷旁充填模板宽度。4.根据权利要求3所述的非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：当充填模袋长度a≤4000mm，对拉钢筋间距m为700mm；当充填模袋长度a＞4000mm，对拉钢筋间距m为600mm；当充填模袋金属支架的第二竖向钢管组高度h2≤2800mm，对拉钢筋排距n为800mm；当充填模袋金属支架的第二竖向钢管组高度h2＞2800mm，对拉钢筋排距n为700mm。5.根据权利要求1所述的非对称柱体式沿空留巷巷旁充填模板，其特征在于：所述连接装置包括金属支架底部的第一、第二连接装置，金属支架顶部的第三、第四、第五连接装置，金属支架底部第一连接装置由一个竖向圆柱形套筒、两个横向立方体套筒两两相互垂直焊接而成，用于连接第一、第二、第五、第六竖向钢管及其底部周边的部件；金属支架底部第二连接装置由一个竖向圆柱形套筒、一个横向立方体套筒焊接而成，将圆柱形套筒底部焊接在横向立方体套筒中部；用于连接第三、第四竖向钢管底部及其周边的部件；金属支架顶部第三连接装置由三个竖向圆柱形套筒两两垂直焊接而成；用于连接第一、第二竖向钢管顶部及其周边的部件；金属支架顶部...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭军，冯国瑞，任玉琦，王朋飞，钱瑞鹏，郝晨良，李松玉，孙强，文晓泽，闫勇敢，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14