[发明专利]一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统及支护方法

说明书

一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统及支护方法，系统：若干上区段已填充柔性半模板依次安装在上区段运输巷道中；若干工作面液压支架并排地设置在本区段工作面中；单体液压支架装置设置于本区段运输巷道中靠近本区段采空区的非回采侧，且位于所在区域中工作面液压支架的后方；柔性半模板设置在与单体液压支架装置并排地设置；充填材料制备运输单元由充填泵站、搅拌机、固废物浆液输送管道、水泥车、破碎机和上料机组成。方法：预留出柔性半模板的挂设空间；利用液压单体支柱装置进行支护；充填材料的制备；柔性模袋的泵送充填；液压单体支柱装置的收缩和前移；下区段回风巷道的掘进。该系统和方法能利用形成的柔性半模板对本区段进行可靠的支护。

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，尤其是涉及一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统及支护方法。

背景技术

随着深部煤矿资源的逐步开发，冲击地压灾害日益加剧，其已成为严重制约煤矿安全高效开采的主要灾害形式，也成为了采矿学界广泛关注并开展研究工作的热点，但其目前仍然是世界性难题，迫切需要找到一套切实有效的治理办法。

在传统的巷道掘进过程中，相邻区段间一般留设15～30m的保护煤柱，以能够保证工作面实现顺序回采，确保采掘接替正常；但这样不仅会造成煤炭资源的大量浪费，而且随着矿井开采深度的增加，宽煤柱易形成应力集中的情况，进而会引发煤柱型冲击地压灾害，给矿井生产带来巨大的安全隐患。

随着无煤柱开采技术的不断发展，越来越多的煤矿开始使用留窄小煤柱的掘巷技术，该技术基于侧向顶板断裂后形成的内外应力场理论，将下一工作面的巷道布置在上一个工作面本区段采空区附近的应力降低区内，并留设3～5m的保护煤柱，这样不但提高了煤炭采出率，大大减少了资源的浪费情况，而且有效的降低了煤柱型冲击地压危险。然而，虽然目前留窄小煤柱的掘巷技术已经在现场得到了成功应用，但仍然存在以下几个问题：首先，为降低动压影响，下一工作面巷道要在相邻工作面本区段采空区覆岩运动稳定后才能开始掘进，容易给矿井带来采掘接替紧张的问题；而且随着当前矿井开采强度的日益提高，这一问题在越来越多的矿井中变得日益严重，已经成为了制约矿井高效开采的瓶颈。其次，由于掘进巷道距离本区段采空区较近，虽然小煤柱处于应力的降低区，但侧向支承压力仍高于煤柱的承载能力，小煤柱容易发生变形破坏，而在当前的支护体系下，难以提高煤柱的承载力，且两侧过多的锚杆索孔会破坏煤柱本身的整体性，小煤柱容易发生全宽度上的失稳破坏，因此，太多小煤柱存在帮鼓变形严重、煤壁出现整体滑移的现象，巷道不但会产生大变形，还会造成本区段采空区漏风和火灾等严重问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统及支护方法，该系统能够方便地在巷道中充填构筑柔性半模板，并能利用形成的柔性半模板对本区段进行可靠的支护，能确保本区段回采作业的安全进行。该方法工艺简单，易于操作，实施安全，适用范围广，可靠性高，能同时解决矿井废弃物的处理问题、采掘接替紧张问题、小煤柱容易发生的失稳破坏等问题，其能为矿井创造较好的经济和社会效益，有着较好的推广、实用价值。

为了实现上述目的，本发明提供了一种矸石固废胶凝充填柔性半模板系统，包括设置在靠近上区段一侧的本区段回风巷道和设置在靠近下区段一侧的本区段运输巷道，还包括若干上区段已填充柔性半模板、挂模锚杆单元、单体液压支架装置、柔性半模板和充填材料制备运输单元；

若干上区段已填充柔性半模板依次安装在上区段运输巷道中，且与本区段回风巷道相邻地设置；其中，每个上区段已填充柔性半模板均与上区段运输巷道的顶板、底板和靠近本区段回风巷道一侧的帮部密实接触；

所述挂模锚杆单元设置于本区段运输巷道中远离本区段采空区的一侧，其由若干顶板锚杆、若干顶板锚索和若干帮部锚杆组成，若干顶板锚杆沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道的顶板上，若干顶板锚索沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道的顶板上，且顶板锚杆和顶板锚索之间相间隔地设置；若干帮部锚杆沿长度方向彼此相间隔地锚固于本区段运输巷道的非充填侧煤帮上；