[发明专利]钢管混凝土墩柱沿空留巷主动支护结构及其施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无煤柱开采巷旁充填支护技术，尤其是一种钢管混凝土墩柱沿空留巷主动支护结构及其施工方法，用于沿空留巷巷旁充填支护技术中。

背景技术

钢管混凝土墩柱沿空留巷以其突出的技术经济优势在煤矿沿空留巷巷旁充填支护技术中得到越来越多的应用。与传统的混凝土墙体巷旁支护相比，钢管混凝土墩柱的外部钢管不仅在浇筑混凝土过程中充当模板的作用，同时给内部混凝土提供约束，使内部混凝土处于三向应力状态，在一定程度上提高内部混凝土的强度和延性。外部钢管在内部核心混凝土的约束作用下，由原来的单向应力状态变为双向应力状态，其力学特征也得到有效地发挥。因此，基于钢管和混凝土组合结构优势的钢管混凝土墩柱沿空留巷技术应运而生。然而，由于井下巷道高度的不一致性，标准尺寸的钢管混凝土柱在使用过程中与巷道顶板的接触性问题一直没有得到有效解决。为实现充分接顶，通常在钢管混凝土墩柱上方架设不同厚度的枕木以适应不同的巷道高度变化。枕木的强度和延性与钢管混凝土墩柱相比存在较大的差异性，对于充分发挥钢管混凝土墩柱结构高强、高延展性的技术优势产生不利影响。具体表现为顶板来压过程中枕木产生较大变形，但是承载力始终处于较低水平，最终导致在留巷初期出现较大范围的顶板下沉，甚至会引起上覆岩层的离层，继而影响整个留巷系统的稳定性。另一方面，钢管混凝土墩柱本身隶属于被动支护体系，无法在架设初期提供有效的初撑力用以抵抗上覆岩层的移动，特别是在留巷初期无法提供足够的初撑力切断工作面采空区侧顶板以形成弧形三角板结构。为解决钢管混凝土墩柱的充分接顶问题和初撑力问题，本发明提出一种钢管混凝土墩柱沿空留巷主动支护结构及其施工方法，最大限度地实现钢管混凝土墩柱的充分接顶，并提供有效的可控的初撑力。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种能够充分接顶并提供可控初撑力的钢管混凝土墩柱沿空留巷主动支护结构及其施工方法，解决传统钢管混凝土墩柱沿空留巷支护技术中无法充分接顶的技术问题，同时改变现有钢管混凝土墩柱沿空留巷的被动支护形式为主动支护，提供可以根据实际需要调节的初撑力。

一种钢管混凝土墩柱沿空留巷主动支护结构，包括钢管混凝土墩柱和液压千斤顶，所述的钢管混凝土墩柱由外部钢管和内部充填的混凝土组成，所述的液压千斤顶的直径比钢管混凝土墩柱中钢管的内径小5 cm。

所述的钢管混凝土墩柱的外部钢管通过在上下两端焊接圆形钢板的方式实现空间密闭。其中，上端头钢板焊接在距离外部钢管上部边缘3 cm的位置，空出的位置作为限位槽用以安放液压千斤顶。钢管顶部位置留设有注浆孔和排气孔，其中排气孔位置高于注浆孔，注浆孔通过空心螺丝与带有单向阀的橡胶软管连接。

所述的带有单向注液阀的橡胶软管另一端通过快速接头与混凝土注浆管连通，注浆过程中钢管内的空气在混凝土浆液压力作用下通过排气孔排出，当排气孔出现连续性混凝土浆液溢出时，表明钢管已经被混凝土完全充满，此时可以停止注浆作业。

所述的液压千斤顶装置为配套有压力表的圆柱形液压千斤顶，所述的圆柱形液压千斤顶可以直接放置在钢管上端头留设的高度为3 cm 的限位槽里。

所述的液压千斤顶通过乳化液输送管与布置在巷道底板上的乳化液泵站连通，通过乳化液泵站为液压千斤顶的活塞运动提供动力。

一种实现上述钢管混凝土墩柱沿空留巷主动支护结构的施工方法，具体方法步骤如下：

（1）按照设计要求施工钢管混凝土墩柱；

（2）将液压千斤顶放置在已经施工完成的钢管混凝土墩柱顶部预留的限位槽里，调整位置，使液压千斤顶尽可能的与巷道顶板保持水平。

（3）启动乳化液泵站开始供液。乳化液通过乳化液输送管注入液压千斤顶的过程中需要随时观察安设在液压千斤顶上的压力表，当压力表读数达到1MPa时，停止加压，第一次施加初撑力过程结束。

（4）循环上述步骤，直至所有钢管混凝土墩柱主动支护结构具有1MPa的初撑力。

（5）间隔一天后，对所有液压千斤顶进行二次施压，当压力表读数达到2MPa 时停止加压。至此，整个钢管混凝土墩柱主动支护结构施工完成，此时压力表显示的读数为最终提供的初撑力。此时，可以拆掉与注浆孔连接的橡胶软管，留做下一轮混凝土墩柱施工过程中使用。

所述步骤（1）中施工钢管混凝土墩柱的方法如下：