[發明專利]一種垛柱式充填模板及其使用方法

有效

• 申請號: 201610270405.6
• 申請日: 2016-04-27
• 公開（公告）號: CN105840234B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 馮國瑞;杜獻杰;戚庭野;郭育霞;張玉江;李振;白錦文;宋凱歌;劉國艷;康立勛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21F15/02
• 分類號: E21F15/02
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司14101
• 代理人: 申艷玲

技術領域

本發明涉及一種垛柱式充填模板及其使用方法，屬于充填采礦技術領域。

背景技術

為了控制“三下”采煤引起的地表沉降及傳統采煤方法對環境的損害，煤炭開采企業近年來選用了全采全充的充填法采煤工藝。這種充填法采煤工藝對地表沉降和環境損害取得了很好的控制效果，但也存在著主要不足：一是因為全采全充需要充填的空間量相對較大，充填材料供不應求的矛盾較為突出，充填工序材料成本較高；二是因為充填工作量相對較大，占用了正常采煤工序的作業時間，采煤工作面原有的生產效率大幅度降低。因此出現了采空區部分充填采煤方法，以減少充填工作量和充填材料使用量，降低充填成本，提高生產效率。

采空區部分充填方法主要包括條帶式部分充填和墩柱式部分充填，條帶式充填所使用剛性充填滑板需配合特制充填液壓支架進行滑移，對充填液壓支架設備要求較高；墩柱式充填多用柔性土工布防滲真空袋裝載充填材料，而膏體充填材料流動性強，形狀不易控制，柔性土工布防滲真空袋易變形破損，造成充填材料接頂率不高，不能控制頂板早期下沉量，后期強度也不能保證，對采空區頂板的控制效果不甚理想。

發明內容

本發明旨在提供一種垛柱式充填模板及其使用方法，尤其適用于柱式部分充填開采。

本發明提供的一種垛柱式充填模板，模板設置在頂板下方，四周由拼接在一起的支撐架圍成長方體框架結構，模板的相對兩個面上分別是單個支撐架或經單側拼接后的若干支撐架組成的整體，相鄰兩個面通過邊緣的支撐架通過垂直拼接組成；每塊支撐架包括由擋板、骨架道木和對拉錨索組成，骨架道木由若干條平行的橫向道木和三條平行的豎向道木組成，橫向道木和豎向道木呈垂直交叉設置，對拉錨索設置在每一側模板中心的豎向道木上；骨架道木拼接后直接接觸頂板，對頂板形成支撐；在模板一側的擋板上方設有充填口。

上述方案中，所述擋板為木質板，用于圍擋充填柱體，厚20-50mm，高度隨采高確定，長度根據充填柱體的尺寸確定；充填柱體是指充填后形成的柱狀充填柱體，也可稱為充填柱體支柱；

當充填柱體單側尺寸在3m以內時，擋板尺寸等于充填柱體單側尺寸；當充填柱體單側尺寸大于3m時，可將充填模板分段設計成若干塊小的支撐架后再進行單側拼接；四周支撐架垂直拼接后形狀規整，不變形不漏漿，擋板內部充填膨脹性充填材料，提高材料固結后接頂率。

上述方案中，所述骨架道木為礦用道木，是四棱柱結構，骨架道木由若干條平行的橫向道木和三條平行的豎向道木組成，橫向道木和豎向道木呈垂直交叉設置，道木截面是邊長為100-200mm的正方形，橫向道木兩端比擋板兩端各延伸出100-300mm的寬度，便于不同模板的拼接組裝，豎向道木高度和擋板的高度相同；橫向道木和豎向道木分別通過鋼釘固定在擋板上，是主要的受力結構，拼接后可直接對頂板和充填柱體形成支撐。

上述方案中，所述拼接是指支撐架之間的拼接，分為單側平行拼接和垂直拼接，設計時將相鄰支撐架的橫向骨架道木交錯布置以便于拼接；單側平行拼接是指當充填柱體單側長度大于3m時，將支撐架延伸出來的橫向骨架道木相互穿插進相鄰支撐架的豎向道木下完成拼接，將若干支撐架連接在一起形成一個長的整體結構，其長度與充填柱體的長度相等；垂直拼接是指不同側支撐架的拼接，此時相鄰支撐架延伸出來的橫向骨架道木相互交錯搭接，四周全部完成拼接后用對拉錨索施加預緊力進行固定。

上述方案中，所述對拉錨索為礦用鋼絞線錨索，長度隨模板的整體尺寸而定，兩端各向支撐架外延伸出150-300mm，以便于施加預緊力，對拉錨索固定在模板中心的豎向道木上，配合骨架道木為充填柱體提供側向壓力，提高充填柱體抗壓強度，減小充填柱體后期壓縮量。

上述方案中，所述充填口為圓孔，充填口的直徑為10-20cm，位于充填模板的最上端，充填完成后封閉充填口。

一般，井下運輸巷道的寬度為3～5m。

本發明提供了所述的垛柱式充填模板的使用方法，包括以下步驟：

(1)根據工程條件計算初次或周期垮落步距，并運用安全系數法和支路面積分配法確定充填間距和充填柱體尺寸；

(2)根據充填柱體尺寸設計充填模板長度：當充填柱體單側尺寸在3m以內時，擋板尺寸等于充填柱體尺寸；當充填柱體單側尺寸大于3m時，可將充填模板分段設計成若干塊小的支撐架后進行拼接，模板高度隨采高確定；

(3)將制作好的充填支撐架通過礦井材料運輸系統運到充填工作面，隨著充填支架的移動，在充填柱體設計的位置在臨時支護的保護下將支撐架安裝拼接，用對拉錨索固定，并向對拉錨索施加一定的預緊力；木垛的拼接后固定也可用道木側向支撐；