一种用于大断面沿空留巷的钢管混凝土巷旁支护系统及支护方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于大断面沿空留巷的钢管混凝土巷旁支护系统及支护方法，该系统包括紧贴顶板的Π型钢梁、支撑顶板Π型钢梁的钢管混凝土立柱、套在钢管混凝土立柱下部的椭圆环底座、以椭圆环底座为铰接支点的倾斜液压千斤顶，其端头支撑充填墙体表面的Π型钢梁和金属网。由钢管混凝土立柱形成的桁架结构对顶板起主要支护作用，与充填墙体协同控制顶板的下沉变形，在此过程中钢管混凝土立柱可适度扎底让压，增加钢管混凝土立柱在垂直方向的稳定性，那么倾斜布置的液压千斤顶以椭圆环底座为铰接支点，可提供较大的作用力支撑充填墙体表面的Π型钢梁压金属网。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大断面沿空留巷的钢管混凝土巷旁支护系统及支护方法
本专利技术属于煤矿巷道支护
，尤其涉及一种用于大断面沿空留巷的钢管混凝土巷旁支护系统及支护方法。
技术介绍
沿空留巷是指将已采工作面后方的回采巷道用一定的方法沿采空区边缘保留下来，作为下一工作面的回采巷道。沿空留巷不仅可以取消区段保护煤柱，提高煤炭资源回采率，缓解采掘接替紧张，同时还可实现工作面“Y”型通风，从根本上解决上工作面瓦斯超限及其上隅角瓦斯积聚难题。到目前为止，我国在沿空留巷理论与技术研究方面做了大量的工作，在条件较好的薄及中厚煤层采煤工作面的沿空留巷技术已日趋完善，巷旁支护、巷内支护、加强支护及煤帮加固技术已趋成熟，但在条件困难的中厚煤层或厚煤层较大断面巷道中采用沿空留巷技术仍存在着一些技术难题。例如综放开采、大采高等条件的大断面沿空留巷，采场围岩结构和运动规律与薄及中厚煤层有着显著不同，其开采扰动剧烈，矿压显现强烈，更易造成沿空留巷巷旁支护结构的破坏失稳，尤其是巷旁充填墙体。目前，巷旁充填墙体主要以高水材料和混凝土膏体材料为主，支护效果得到大幅度改善。但在综放开采、大采高等条件大断面沿空留巷，其上覆岩层活动剧烈，而巷旁充填墙体高度也较大，造成其结构稳定性相对较差。大量实践表明：沿空留巷巷旁充填墙体各个部位的矿压显现特征有较为明显的区别，巷旁充填墙体侧面中上部压裂片落现象严重，中下部向巷内移近量较大。巷内即使采用架设木点柱、单体液压支柱等方式也不能有效防止巷旁充填墙体侧面大面积压裂片落，木点柱劈裂或折断、单体液压支柱弯曲变形严重，进而导致巷旁充填墙体承载能力下降，易诱发巷旁支护结构破坏失稳，使得一些矿井在应用大断面沿空留巷技术时没有取得预期的效果，甚至留巷失败，从而限制了沿空留巷技术在我国更广泛地推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种结构简单、稳定性好，且适用于大断面沿空留巷的钢管混凝土巷旁支护系统及支护方法。为实现本专利技术的上述目的，本专利技术提供一种用于大断面沿空留巷的钢管混凝土巷旁支护系统，该系统主要包括紧贴顶板的Π型钢梁、支撑顶板Π型钢梁的钢管混凝土立柱、套在钢管混凝土立柱下部的椭圆环底座、以椭圆环底座为铰接支点的倾斜液压千斤顶，该倾斜液压千斤顶端头支撑在充填墙体表面的竖向Π型钢梁和金属网上。所述的钢管混凝土立柱包括8寸钢管、5寸钢管、橡皮塞、填充混凝土、垂直液压千斤顶、环式管卡。其中，8寸钢管和5寸钢管等长，5寸钢管套在8寸钢管内，两钢管轴心相同；在两端分别焊接2～3根横钢筋固定两根钢管，横钢筋一端焊接在8寸钢管内壁，另一端焊接在5寸钢管外壁，以固定两根钢管；在8寸钢管外部固定有多个环式管卡(优选2～4个)，环式管卡之间保持一定间距，固定环式管卡的数量及间距依据8寸钢管长度而定；在距离钢管一端0.3m的5寸钢管内安装橡皮塞，橡皮塞直径与5寸钢管内径匹配，用于堵塞5寸钢管；然后在另一端5寸钢管内及8寸钢管和5寸钢管之间填充混凝土，确保内部密实。其中，所述垂直液压千斤顶安装在钢管混凝土立柱上端头，其顶盖与顶板Π型钢梁接触，用于支撑顶板Π型钢梁，柱筒插入钢管混凝土立柱5寸钢管内无注浆段，柱筒外径与5寸钢管内径相匹配，柱筒插入5寸钢管内无注浆段后不会摇摆晃动。当巷道高度较大时，可升起柱筒使顶盖与顶板Π型钢梁接触；当巷道高度较小时，可降低柱筒使顶盖与顶板Π型钢梁接触，以适应不同巷道高度顶板支护，可调范围在0.3m内。所述支撑杆为直径80mm的钢筋，两端分别有卡槽，卡槽上布设有圆孔，圆孔与螺栓直径匹配，用于螺栓穿过固定；所述环式管卡为圆环状钢板，圆环状钢板内径与8寸钢管外径匹配，能够固定在8寸钢管上；圆环状钢板边缘设置有4个附耳，附耳上均钻有圆孔，用于螺栓穿过；圆环状钢板上的附耳可嵌入支撑杆两端卡槽，卡槽上的圆孔与圆环状钢板附耳上圆孔一一对应，再安装螺栓可连接两根立柱。所述充填墙体表面整体布置有金属网，再沿充填墙体长度方向每间隔一定间距竖向布置一根Π型钢梁，充填墙体上的竖向Π型钢梁上端头与顶板Π型钢梁铰接，其间距与钢管混凝土立柱间距相同，竖向Π型钢梁长度与充填墙体高度一致，紧压在充填墙体表面金属网上。所述钢管混凝土立柱靠近充填墙体一侧沿巷道走向布置两排，间排距＝700×500mm(可依据具体情况调整)，交错迈步式布置，最靠近墙体侧一排立柱距离充填墙体250mm，布置在该排立柱上的顶板Π型钢梁呈“丁”字形，相邻两立柱上垂直液压千斤顶顶盖支撑在“丁”字形顶板Π型钢梁两端，其第三端与充填墙体的竖向Π型钢梁上端头铰接；距离充填墙体最远的一排立柱之间均布置“一”字型Π型钢梁。所述椭圆环底座套在距离充填墙体较远的该排钢管混凝土立柱底部，并与巷道底板接触；所述椭圆环底座包括椭圆环底盘、管状端头、附耳及螺栓。椭圆环底盘外轮廓为椭圆形状，内轮廓为圆形，偏心布置于椭圆长轴一侧，其直径与8寸钢管外径匹配；管状端头为短钢管，其内径与8寸钢管外径匹配；管状端头与椭圆环底盘上内轮廓对齐，并焊接在椭圆环底盘上，用于套入钢管混凝土立柱；所述管状端头焊接有一对附耳，该附耳沿椭圆长轴延伸到该长轴另一侧，附耳上均设置有孔，所述倾斜液压千斤顶底部嵌入该对附耳中间，所述螺栓穿过该孔与该对附耳固定，形成铰接结构，所述倾斜液压千斤顶另一端倾斜支撑在所述充填墙体表面的竖向Π型钢梁上，当顶板压力过大时，所述充填墙体向下压缩变形，倾斜液压千斤顶端部能够向下旋转，以保证对充填墙体有足够的支撑力，防止充填墙体压裂片落或向巷内移近。立柱与椭圆环底座之间不固定，在顶板压力作用下，钢管混凝土立柱扎底过程中，椭圆环底座并不受影响。所述支撑杆布置方式为，同一排的钢管混凝土立柱之间采用支撑杆连接固定后，支撑杆处于同一水平线上；由于两排钢管混凝土立柱采用交错迈步式布置，两排钢管混凝土立柱之间支撑杆则以水平斜交方式连接固定，从而形成每三个钢管混凝土立柱之间形成的一个等腰三角形结构，钢管混凝土立柱之间均采用该方法连接固定，最终形成一个稳定的桁架结构以支撑顶板。本专利技术还提供上述支护系统的支护方法，其特征在于包括以下步骤：1)钢管混凝土立柱制作选取等长8寸钢管和5寸钢管，其中5寸钢管套在8寸钢管内，两钢管轴心相同；在钢管两端分别焊接2～3根横钢筋固定两根钢管，横钢筋一端焊接在8寸钢管内壁，另一端焊接在5寸钢管外壁，以固定两根钢管；在8寸钢管外表面固定有多个环式管卡；在距离钢管一端0.3m的5寸钢管内安装橡皮塞，该橡皮塞直径与5寸钢管内径匹配，用于堵塞5寸钢管，然后在另一端5寸钢管内及8寸钢管和5寸钢管之间填充混凝土，确保内部密实；其中，填充混凝土的步骤为：①距离5寸钢管内橡皮塞最近的一端，先用塑料薄膜封堵5寸钢管口，再用塑料薄膜封堵8寸钢管口，确保不漏浆液；②将钢管倾斜，包裹一端朝下，另一端朝上，以确保注浆时钢管内空气全部排出，没有气泡；③将准备好的混凝土浆液通过注浆导管注入另一端5寸钢管内及8寸钢管和5寸钢管之间，注满后用塑料薄膜包裹封堵另一端，待混凝土浆液凝固后，拆开塑料薄膜。需要注意的是，混凝土浆液配比合理，凝固后可自行密实、不收缩、强度高、不析水、早期强度高。钢管混凝土立柱形成钢管约束混凝土结构，能够显著改善钢管内部混凝土的受力状态，提高钢管混凝土支柱的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于大断面沿空留巷的钢管混凝土巷旁支护系统，其特征在于，该系统主要包括紧贴顶板的Π型钢梁、支撑顶板Π型钢梁的钢管混凝土立柱、套在钢管混凝土立柱下部的椭圆环底座、以椭圆环底座为铰接支点的倾斜液压千斤顶，该倾斜液压千斤顶端头支撑在充填墙体表面的竖向Π型钢梁和金属网上；所述钢管混凝土立柱包括等长的8寸钢管和5寸钢管，5寸钢管套在8寸钢管内，两钢管轴心相同；在钢管两端分别焊接约2～3根横钢筋固定两根钢管，横钢筋一端焊接在8寸钢管内壁，另一端焊接在5寸钢管外壁，以固定两根钢管；在8寸钢管外表面固定有多个环式管卡；在距离钢管一端0.3m的5寸钢管内安装橡皮塞，该橡皮塞直径与5寸钢管内径匹配，用于堵塞5寸钢管，然后在另一端5寸钢管内及8寸钢管和5寸钢管之间填充混凝土，确保内部密实；所述钢管混凝土立柱上端头安装有垂直液压千斤顶，其顶盖与顶板Π型钢梁接触，用于支撑顶板Π型钢梁，其柱筒插入钢管混凝土立柱5寸钢管内无注浆段，该柱筒外径与5寸钢管内径相匹配，并保证柱筒插入5寸钢管内无注浆段后不会摇摆晃动；所述钢管混凝土立柱在靠近充填墙体一侧沿巷道走向布置为两排，间排距根据具体情况调整，优选为700×500mm，交错迈步式布置；最靠近充填墙体侧的一排立柱距离充填墙体250mm，布置在该排立柱上的顶板Π型钢梁呈“丁”字形，相邻两立柱上端垂直液压千斤顶顶盖支撑在“丁”字形顶板Π型钢梁两端，其第三端与充填墙体的竖向Π型钢梁上端头铰接；距离充填墙体最远的一排立柱上顶板均布置“一”字型Π型钢梁；所述钢管混凝土立柱之间均采用支撑杆连接固定，所述环式管卡为圆环状钢板，其边缘设置有4个附耳，附耳上均钻有圆孔，用于螺栓穿过，圆环状钢板边缘的附耳可嵌入所述支撑杆两端的卡槽，并安装螺栓固定，从而将两根钢管混凝土立柱连接在一起；其中，所述充填墙体表面整体铺设有金属网，再沿充填墙体长度方向每间隔一定间距竖向布置一根Π型钢梁，充填墙体上的上端头与顶板的Π型钢梁铰接，竖向Π型钢梁间距与钢管混凝土立柱间距相同，竖向Π型钢梁长度与充填墙体高度一致，并紧压在充填墙体表面金属网上；所述椭圆环底座套在距离充填墙体较远的该排钢管混凝土立柱底部，并与巷道底板接触；所述椭圆环底座包括椭圆环底盘、管状端头、附耳及螺栓；椭圆环底盘外轮廓为椭圆形状，内轮廓为圆形并偏心布置于椭圆长轴一侧，其直径与8寸钢管外径匹配；管状端头为短钢管，其内径与8寸钢管外径匹配，管状端头与椭圆环底盘上内轮廓对齐，并焊接在椭圆环底盘上，用于套入钢管混凝土立柱；所述管状端头焊接有一对附耳，该附耳沿椭圆长轴延伸到该长轴另一侧，附耳上均设置有孔，所述倾斜液压千斤顶底部嵌入该对附耳中间，所述螺栓穿过该孔与该对附耳固定，形成铰接结构，所述倾斜液压千斤顶另一端倾斜支撑在所述充填墙体表面的竖向Π型钢梁上，当顶板压力过大时，所述充填墙体向下压缩变形，倾斜液压千斤顶端部能够向下旋转，以保证对充填墙体有足够的支撑力，防止充填墙体压裂片落或向巷内移近。...

【技术特征摘要】
1.一种用于大断面沿空留巷的钢管混凝土巷旁支护系统，其特征在于，该系统主要包括紧贴顶板的Π型钢梁、支撑顶板Π型钢梁的钢管混凝土立柱、套在钢管混凝土立柱下部的椭圆环底座、以椭圆环底座为铰接支点的倾斜液压千斤顶，该倾斜液压千斤顶端头支撑在充填墙体表面的竖向Π型钢梁和金属网上；所述钢管混凝土立柱包括等长的8寸钢管和5寸钢管，5寸钢管套在8寸钢管内，两钢管轴心相同；在钢管两端分别焊接2～3根横钢筋固定两根钢管，横钢筋一端焊接在8寸钢管内壁，另一端焊接在5寸钢管外壁，以固定两根钢管；在8寸钢管外表面固定有多个环式管卡；在距离钢管一端0.3m的5寸钢管内安装橡皮塞，该橡皮塞直径与5寸钢管内径匹配，用于堵塞5寸钢管，然后在另一端5寸钢管内及8寸钢管和5寸钢管之间填充混凝土，确保内部密实；所述钢管混凝土立柱上端头安装有垂直液压千斤顶，其顶盖与顶板Π型钢梁接触，用于支撑顶板Π型钢梁，其柱筒插入钢管混凝土立柱5寸钢管内无注浆段，该柱筒外径与5寸钢管内径相匹配，并保证柱筒插入5寸钢管内无注浆段后不会摇摆晃动；所述钢管混凝土立柱在靠近充填墙体一侧沿巷道走向布置为两排，间排距为700×500mm，交错迈步式布置；最靠近充填墙体侧的一排立柱距离充填墙体250mm，布置在该排立柱上的顶板Π型钢梁呈“丁”字形，相邻两立柱上端垂直液压千斤顶顶盖支撑在“丁”字形顶板Π型钢梁两端，其第三端与充填墙体的竖向Π型钢梁上端头铰接；距离充填墙体最远的一排立柱上顶板均布置“一”字型Π型钢梁；所述钢管混凝土立柱之间均采用支撑杆连接固定，所述环式管卡为圆环状钢板，其边缘设置有4个附耳，附耳上均钻有圆孔，用于螺栓穿过，圆环状钢板边缘的附耳可嵌入所述支撑杆两端的卡槽，并安装螺栓固定，从而将两根钢管混凝土立柱连接在一起；其中，所述充填墙体表面整体铺设有金属网，再沿充填墙体长度方向每间隔一定间距竖向布置一根Π型钢梁，充填墙体上的上端头与顶板的Π型钢梁铰接，竖向Π型钢梁间距与钢管混凝土立柱间距相同，竖向Π型钢梁长度与充填墙体高度一致，并紧压在充填墙体表面金属网上；所述椭圆环底座套在距离充填墙体较远的该排钢管混凝土立柱底部，并与巷道底板接触；所述椭圆环底座包括椭圆环底盘、管状端头、附耳及螺栓；椭圆环底盘外轮廓为椭圆形状，内轮廓为圆形并偏心布置于椭圆长轴一侧，其直径与8寸钢管外径匹配；管状端头为短钢管，其内径与8寸钢管外径匹配，管状端头与椭圆环底盘上内轮廓对齐，并焊接在椭圆环底盘上，用于套入钢管混凝土立柱；所述管状端头焊接有一对附耳，该附耳沿椭圆长轴延伸到该长轴另一侧，附耳上均设置有孔，所述倾斜液压千斤顶底部嵌入该对附耳中间，所述螺栓穿过该孔与该对附耳固定，形成铰接结构，所述倾斜液压千斤顶另一端倾斜支撑在所述充填墙体表面的竖向Π型钢梁上，当顶板压力过大时，所述充填墙体向下压缩变形，倾斜液压千斤顶端部能够向下旋转，以保证对充填墙体有足够的支撑力，防止充填墙体压裂片落或向巷内移近。2.根据权利要求1所述的钢管混凝土巷旁支护系统，其特征在于，所述钢管混凝土立柱与所述椭圆环底座之间不固定，在顶板压力作用下，所述钢管混凝土立柱在扎底过程中，所述椭圆环底座不受影响。3.根据权利要求2所述的钢管混凝土巷旁支护系统，其特征在于，所述多个环式管卡之间保持一定间距，所述多个环式管卡的数量以及间距依据8寸钢管长度而定。4.根据权利要求3所述的钢管混凝土巷旁支护系统，其特征在于，通过所述垂直液压千斤顶柱筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢生荣，孙运江，何尚森，谢国强，杨军辉，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11