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专利号: 2021103453249
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种矸石充填‑注浆加固深井无煤柱沿空留巷施工工艺,其特征在于:使用巷旁矸石充填墙体框架、矸石破碎运输系统和注浆加固系统;

具体步骤包括:

步骤1,在相邻工作面正在掘进施工的巷道,即距离沿空留巷最近且正在掘进施工的巷道为掘进巷道,使用矸石破碎运输系统将掘进巷道产生的大块矸石破碎处理后再运输至沿空留巷处;

步骤2,在原巷道采空区一侧巷旁构筑充填墙体框架,且留巷尺寸与原巷道一致;

步骤3,破碎矸石(8)通过矸石破碎运输系统抛射充填至巷旁矸石充填墙体框架内部,然后使用注浆加固系统对充填了矸石(8)的巷旁矸石充填墙体框架进行注浆加固,形成矸石充填墙体,其中矸石充填与注浆加固都是分为上、下部充填两个阶段进行;

步骤4,对矸石充填墙体进行锚固注浆锚索及喷涂聚氨酯涂层。

2.根据权利要求1所述矸石充填‑注浆加固深井无煤柱沿空留巷施工工艺,其特征在于:所述巷旁矸石充填墙体框架包括工字钢架(1)、纵向连接杆(2)、横向连接杆(3)、双向拉伸塑料网(4)、双面自粘密封卷材(5)及金属网(6),其中工字钢架(1)为矸石充填墙体框架的主体,具体在原工作面顺槽支护结构沿空一侧的工字钢侧添加新的工字钢共同组成,两工字钢之间连接有横向连接杆(3),在沿巷道走向工字钢架(1)之间连接设有纵向连接杆(2),其中横向连接杆(3)上绑扎有金属网(6),工字钢架(1)的工作面顺槽侧与沿空侧沿巷道走向均按顺序铺设有双向拉伸塑料网(4)、双面自粘密封卷材(5)及金属网(6),双面自粘密封卷材(5)布置在金属网(6)与双向拉伸塑料网(4)之间。

3.根据权利要求2所述矸石充填‑注浆加固深井无煤柱沿空留巷施工工艺,其特征在于:所述的双向拉伸塑料网(4)与工字钢架(1)、纵向连接杆(2)之间使用铁丝绑扎连接,所述双面自粘密封卷材(5)铺设在双向拉伸塑料网(4)表面,金属网(6)压在双面自粘密封卷材(5)上,由矸石充填墙体框架内使用铁丝穿透双面自粘密封卷材(5)将金属网(6)与双向拉伸塑料网(4)绑扎一体,所述金属网(6)、双向拉伸塑料网(4)的网与网之间通过压茬连接,压茬处布置锚索保护套管(7),所述的锚索保护套管(7)穿亦穿过双面自粘密封卷材(5),外端面呈压扣在金属网(6)上的方形板。

4.根据权利要求1所述矸石充填‑注浆加固深井无煤柱沿空留巷施工工艺,其特征在于:所述矸石破碎运输系统包括矸石破碎硐室(22)、矸石破碎机(23)和皮带运输机(24);其中矸石破碎硐室(22)设置在距离掘进巷道(21)迎头面约80~100m处,布置在掘进巷道(21)巷帮,皮带运输机(24)布置在矸石破碎硐室(22)一侧,便于运输矸石(8),矸石破碎机(23)为一种对辊式破碎机,临近的掘进巷道(21)爆破掘进期间产生的大块碎石经过矸石破碎硐室(22)内的矸石破碎机(23)破碎处理得到的矸石(8),破碎后的矸石(8)通过皮带运输机(24)运输至沿空留巷(20)内的巷旁矸石充填墙体(19)的迎头面,再由抛矸机(25)抛射充填至巷旁矸石充填墙体框架内部,矸石破碎机(23)将充填用的矸石(8)破碎并分选分为大、中、小3种粒径,大粒径尺寸20~40mm,中粒径尺寸10~20mm,小粒径尺寸5~10mm。

5.根据权利要求4所述矸石充填‑注浆加固深井无煤柱沿空留巷施工工艺,其特征在于向巷旁矸石充填墙体框架内部抛射充填矸石(8)分为下部、上部2个阶段充填:首先向巷旁矸石充填墙体框架内部抛射大粒径的矸石(8),初步密实充填空间,再抛射中、小粒径的矸石(8),使其充填大粒径的矸石(8)之间的空隙,从而密实充填空间。

6.根据权利要求1所述矸石充填‑注浆加固深井无煤柱沿空留巷施工工艺,其特征在于:注浆加固系统包括下部注浆花管(16)、上部注浆花管(17)、注浆锚索(9)、注浆泵(26)及注浆软管(27);工作时首先沿工作面顺槽走向方向每隔10m左右进行一次封闭注浆加固,首先在预埋设下部注浆花管(16)和上部注浆花管(17),下部注浆花管(16)、上部注浆花管(17)为管壁上开有若干溢浆孔的金属圆管,其中多根下部注浆花管(16)在充填过程中从矸石充填体上表面间隔1.0~1.5m垂直插入矸石充填墙体框架的矸石(8)中,外露长度约

200mm用以连接注浆软管(27),所述多根上部注浆花管(17)分为两排布置,每排3~4根,一排与巷道走向平行布置,另一排与水平夹角约为3~5°,上部注浆花管(17)外露长度约为

200~300mm用以连接注浆软管(27)。

7.根据权利要求6所述矸石充填‑注浆加固深井无煤柱沿空留巷施工工艺,其特征在于:在充填矸石(8)的过程中在矸石充填墙体框架中预埋设多组注浆锚索,多组注浆锚索(9)布置在两工字钢架(1)之间,多组注浆锚索的三道注浆锚索(9)按照埋设高度位置分别位于矸石充填墙体框架高度的1/4、1/2及1/2~3/4处,由下向上标注为第一道注浆锚索、第二道注浆锚索和第三道注浆锚索,注浆锚索(9)的一端穿过一侧的锚索保护套管(7)进入矸石充填墙体框架内,之后再次穿过塑胶套管(10)由另一侧的锚索保护套管(7)穿出,止浆塞(11)穿过注浆锚索(9)设置在锚索保护套管(7)内,其中塑胶套管(10)长度为矸石充填墙体宽度的1/2~3/4,外径大小与锚索保护套管(7)的内径相同,并与沿空留巷侧的锚索保护套管(7)连接,注浆锚索(9)的外露段设有用以与矸石墙体固定的塑胶垫板(12)、金属托盘(13)和锁具(14)。

8.根据权利要求1所述矸石充填‑注浆加固深井无煤柱沿空留巷施工工艺,其特征在于:在注浆后的矸石充填墙体框架的金属网(6)表面依次附着有发泡混凝土喷层(15)与聚氨酯抗风化涂层(18);所述的发泡混凝土喷层(15)喷涂在金属网的外表面,当进行矸石(8)分阶段充填完毕后进行发泡混凝土喷层(15)的分阶段喷涂,待发泡混凝土喷层(15)凝固后再进行注浆,所述的聚氨酯抗风化涂层(18)覆盖在发泡混凝土喷层(15)之上。

9.根据权利要求1所述的矸石充填‑注浆加固深井无煤柱沿空留巷施工工艺,其特征在于具体步骤如下:

首先在保留原巷道采空区一侧的工字钢并在充填墙体的另一侧位置添加一个新的工字钢,并使用横向连接杆(3)连接组成工字钢架(1),沿巷道走向的工字钢架(1)之间使用纵向连接杆(2)连接,在横向连接杆(3)上绑扎金属网(6),并在工字钢架(1)外侧设置双向拉伸塑料网(4),通过铁丝绑扎在工字钢架(1)与纵向连接杆(2)上,双面自粘密封卷材(5)固定在双向拉伸塑料网(4)上,再通过铁丝穿过金属网(6)与双面自粘密封卷材(5)、双向拉伸塑料网(4)与纵向连接杆(2)绑扎在一起,共同组成矸石充填墙体框架;在进行首段矸石充填墙体框架搭建时,在矸石充填墙体框架尾部使用金属网(6)、双向拉伸塑料网(4)组成的双层网进行全断面封闭;

当将整个留巷的矸石充填墙体框架都建造完之后,在注浆锚索(9)预埋设处,即矸石充填墙体框架高度的1/4、1/2及3/4处安装锚索保护套管(7),将掘进巷道(21)掘进时产生的大块碎石经皮带运输机(24)运输至矸石破碎硐室(22),使用矸石破碎机(23)对大块碎石进行破碎得到矸石(8);当破碎后的矸石(8)通过皮带运输机(24)运输至沿空留巷(20)内的巷旁矸石充填墙体(19)迎头面,通过抛矸机(25)抛射充填,当充填至矸石充填墙体框架高度的1/4处时,进行第一道注浆锚索(9)的埋设,将注浆锚索(9)的一端穿过一侧的锚索保护套管(7)后,再穿过塑胶套管(10)由另一侧的锚索保护套管(7)穿出,将止浆塞(11)穿过锚索塞入锚索保护套管(7)内,完成第一道注浆锚索(9)的预埋设,继续充填矸石(8),同时插入下部注浆花管(16),直至矸石充填墙体框架高度的1/2处停止,进行下部矸石充填体表面发泡混凝土喷层(15)的喷涂,分别在下部矸石充填体首尾两端的金属网(6)及两侧的金属网(6)表面喷射厚约50~100mm的发泡混凝土,在喷射过程中注意避免覆盖注浆锚索(9)的外露端,完成矸石充填体四周的封闭,发泡混凝土喷层(15)凝固后,使用注浆软管(27)连接下部注浆花管(16)进行注浆,直至浆液溢满下部矸石充填体的上表面,完成矸石(8)的下部充填注浆作业,此时在矸石充填墙体框架高度的1/4处的第一道注浆锚索分为被浆液凝固后的锚固段与塑胶套管(10)中的自由段,锚固段为注浆锚索(9)未被塑胶套管(10)覆盖的区段,注浆加固后,与浆液粘结在一起,自由段即为注浆锚索(9)被塑胶套管(10)覆盖的区段,注浆加固后,未被浆液粘结,可自由伸长,且注浆锚索(9)的两端都未进行锚固;

当矸石(8)的下部充填注浆结束浆液凝固后,进行矸石充填墙体框架高度的1/2处的第二道注浆锚索的预埋设,并进行矸石(8)上部充填,同时预埋设上部注浆花管(17),待矸石(8)充填至矸石充填墙体框架高度的3/4处时,进行第三道注浆锚索的预埋设,直至矸石(8)填满上部空间,使用金属网(6)封闭上断面,再通过喷射发泡混凝土封闭矸石层表面,注意避免发泡混凝土喷层(15)覆盖住上部注浆花管(17)的管口,待发泡混凝土喷层(15)凝固,注浆软管(27)连接上部注浆花管(17),进行注浆加固,待注浆结束时进行密封上部注浆花管(17)的管口;

当浆液凝固后,依次将塑胶垫板(12)、金属托盘(13)穿过采空区一侧的注浆锚索(9)的外露端紧贴发泡混凝土喷层(15),使用锁具(14)固定采空区一侧的注浆锚索(9)的外露端,当采空区一侧的注浆锚索(9)外露端头全部锚固后,进行沿空留巷侧的注浆锚索(9)的外露端头锚固,完成注浆锚索(9)锚固后,在发泡混凝土喷层(15)表面再喷聚氨酯抗风化涂层(18),提高矸石充填墙体的抗风化性及密闭性,注意避免将巷道内的注浆锚索(9)的端头覆盖,便于在后续矸石充填墙体发生明显变形时,内部充满裂隙再进行注浆补强。