[发明专利]煤矿井下矿用泡沫混凝土单体预制柱

说明书

本发明公开了一种煤矿井下矿用泡沫混凝土单体预制柱，预制柱由泡沫混凝土浇筑而成；预制柱结构包括预制底柱、中间预制柱、预制顶柱和灌浆套筒；所述预制底柱和中间预制柱顶面有凹槽，且上部埋置有灌浆套筒，预制顶柱和中间预制柱下部有凸起，凸起可以插入凹槽内，各柱下部露出纵向钢筋可插入灌浆套筒内，预制顶柱、中间预制柱和预制底柱固定叠放在一起。本发明煤矸石泡沫混凝土预制柱具有操作简单，轻质的特性，且防火等级为A级。实验结果表明，本发明提供的泡沫混凝土28d干表观密度为1100～1200㎏/m³，28d抗压强度为12～14MPa。

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下矿用泡沫混凝土单体预制柱，属于煤矿开采巷道支护领域。

背景技术

我国煤矿开采主要以井下开采为主，在矿井开采过程中，需要在井下开掘大量巷道，为保持巷道的畅通和围岩稳定，维护工作面有效使用空间，确保生产安全，需要对巷道进行支护。煤矿早期埋深浅巷道布置简单，对支护要求不高。并随着开采深度、广度、及开采强度的不断提高，巷道埋深逐年增加，地质条件日趋复杂化，高地应力巷道、强烈采动影响巷道、松软破碎围岩及大断面巷道和硐室等复杂困难条件的出现，巷道支护技术在不断发展变革。煤矿巷道支护经历了漫长的变革，单体支护由早期的木支护到单体液压支柱的变化。

木支护一般用在巷道服务年限不长，地压不大的巷道。金属摩擦支柱，工作阻力大，可缩量大，结构简单，成本较低需要人工移动和支撤，不安全，工作面产量和效率低。现有金属单体支柱临时支护成本过高，经济性较差。

目前经济性较好的支护材料就是混凝土材料，煤矿井下应用较成熟有柔模混凝土支护、钢管混凝土支护和普通混凝土柱支护。这些支护材料主要用于煤矿充填开采、沿空留巷巷旁支护和回撤通道等相对永久性的支护。但对于巷道局部区域的临时性支护并没有成熟的研究，特别是考虑到防火性的要求。

发明内容

本发明旨在提供一种煤矿井下矿用泡沫混凝土单体预制柱，具体是一种矿用泡沫混凝土单体预制柱，从支护材料和结构出发，研究出一种轻质、适用性强，兼具防火性能，同时能充分利用煤矿固废材料的新型泡沫混凝土单体支护技术。

本发明通过对比分析木支柱、金属单体支柱和新型混凝土支柱三种支护方式，利用煤矸石固废材料，研究出一种造价低廉、适用性强、兼具防火性能的新型混凝土单体支柱，是一种操作性强、稳定性好、支护效果佳的新型混凝土单体支护结构，保证了巷道局部区域的支护效果。

本发明提供了一种煤矿井下矿用泡沫混凝土单体预制柱，预制柱由泡沫混凝土浇筑而成；预制柱结构包括预制底柱、中间预制柱、预制顶柱和灌浆套筒；所述预制底柱和中间预制柱顶面有凹槽，且上部埋置有灌浆套筒，预制顶柱和中间预制柱下部有凸起，凸起可以插入凹槽内，各柱下部露出纵向钢筋可插入灌浆套筒内，预制顶柱、中间预制柱和预制底柱固定叠放在一起。

进一步地，预制底柱底座的截面大于预制底柱的截面，预制底柱位于单体预制柱底部放置于巷道底板上，在预制底柱凹槽内预先倒入少量快硬无收缩灌浆料，中间预制柱和预制顶柱下部的凸起和内置纵向钢筋分别插入其下柱的凹槽和埋置于每一节预制柱上部的灌浆套筒。

进一步地，为方便工人操作和满足强度要求，长细比，即每一节预制柱的高度和边长的比例范围优选为3~6，本发明各预制柱截面为正方形，边长为250～300㎜，各预制柱高度为1～1.5m。

进一步地，凸起与凹槽形状均为正方形，凹槽边长大于凸起边长5～10㎜，凹槽深度大于凸起高度5～10㎜，凸起体积略小于凹槽体积。