[发明专利]沿空留巷巷旁适量让压不等强组合充填结构及施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用在煤矿井下的一种充填技术，具体涉及坚硬顶板条件下沿空留巷巷旁充填结构及施工方法。

背景技术

沿空留巷巷旁充填是煤矿开采技术的一项重大改革，此项技术不仅可提高煤炭资源采出率、延长矿井服务年限、减少巷道掘进量、缓解采掘接替矛盾、取消孤岛工作面，而且它也是矿山进行采煤方法改革最有效的途径。

目前，国内外常用的沿空留巷巷旁充填方式主要有水泥基膏体充填、矸石带充填、高水速凝材料充填等等。由于坚硬顶板条件下沿空留巷，工作面侧向基本顶悬顶时间长，悬顶距大，上述三个充填方式存在的缺陷是：巷旁充填体将承受很大的顶板压力，对于水泥基膏体充填体，其初期强度低、可缩性较差，不能较好地适应坚硬岩层运动规律；矸石带充填工作量大，矸石带提供的支护阻力较小，支护效果较差；高水速凝材料成本较高，支护强度低，不适应沿空巷道的高压突变性，工作面二次采动期间，充填体很容易变形破坏，造成采空区漏风严重，给矿井的通风和巷道的维护工作带来了很大的困难。

为了克服上述三种填充方式存在的不足，中国专利CN101922292A(申请号201010105609.7)公开了一种煤矿沿空留巷巷旁分段承载不等强支护原理及应用，一种适于煤矿沿空留巷分段承载巷旁支护的支护机理及应用方法，它的运输巷巷旁支护分为上下两层充填材料组合支护。上层采用强度低变形量大的充填材料，下层采用采用强度较高的充填材料，从而达到支护和密封双重效果。存在的缺陷是：该专利只提供一种笼统的支护理念，缺乏实际可行的操作手段，不能较好地适应坚硬岩层运动规律，无法满足不同支护环境下的操作需求；充填结构上层充填体的让压功能无法定量确定，所以在留巷充填施工时，为防止采空区顶板冒落，需打锚杆进行超前支护和滞后支护，施工复杂，锚杆不能回收，即使留巷使用完了也不能回收，造成留巷成本增加。也就是说，对比文件1本身也不能确定让压功能是否能满足顶板冒落的需求，所以为了保险起见，使用锚杆作为超前和滞后支护，导致不但施工成本大大提高，而且不适用于1.3米以下的薄煤层施工。

另外，煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，长期以来，它被视为煤矿在井下开采过程中的废弃物，长期在地面露天堆放，如何综合开发利用煤矸石，变废为宝，已成为煤炭行业近年来研究开发的重要课题。

目前，在巷旁支护领域中，怎么在降低充填体成本的前提下使让压量能抵消顶板下沉量是本领域技术人员一直想解决而没有解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有坚硬顶板条件下沿空留巷充填结构施工复杂、成本高、让压不确定的缺陷，本发明利用废弃矸石和工业废渣提供一种新型的充填技术，这是一种不等强的组合充填结构，这种不等强的组合充填结构具有让压功能，其下层充填体可提供较高的支护强度。

为了实现上述任务，本发明的不等强组合支护结构由上下两层充填体组合而成，上层充填体采用强度低变形量大的充填材料，下层充填体采用强度较高的充填材料，其特征在于：

所述的上层充填体充填高度为h₁，它是用宽为0.4-0.6米、长1.2-1.5米的矸石袋堆积起来的，矸石袋中装有质量比为1∶1.7∶5的水、水泥和碎矸石混合物，要求该混合物初凝时间约30-40min，终凝时间1.5-2.5h，终凝后矸石袋抗压强度可达2-3MPa；28天后矸石袋抗压强度可达10-20MPa；

所述的下层充填体是一个膏体充填墙，充填高度为h₂，膏体充填墙由质量比为1∶0.3∶0.2∶0.5∶0.2∶0.3∶0.6的水、水泥、废石膏、高炉矿渣、废石灰、粉煤灰和矸石粉混合物形成的；要求膏体充填墙材料的抗压强度1天可达5-10MPa，3天可达10-20MPa，7天可达20-28MPa，28天可达30-35MPa。

上述充填高度h₁和h₂由以下方法确定：

第一步：根据采高值和直接顶厚度计算岩梁实际沉降值SA

S_A＝h-m_z(K_A-1)

式中：

h-采高；

m_z-直接顶厚度；

K_A-岩梁触矸处下部已冒岩层的碎胀系数，一般采场取1.25-1.35；第二步：根据岩梁实际沉降值S_A计算上层充填体充填高度h₁

h₁＝α₀S_A/α