一种固体充填沿充留巷伸缩式挡矸板

1.本发明属于煤炭行业固体充填绿色开采技术领域，特别是固体充填沿充留巷挡矸装置领域。


背景技术：

2.矸石固体充填技术已成为一项解决“三下压煤”、改善矿区环境的重要绿色开采技术，因其取得的社会效益、经济效益和环境效益而得到较广泛应用。在煤矿常规充填中，往往采用一种“前采后充”的充填支架，所以固体充填可实现采充同步一体作业，对于长工作面、两侧不留巷的情况下较为有利。
3.然而，如果想要在固体充填采场中进行直接留巷，巷道一侧的矸石充填体较为松散，颗粒间无粘聚力，无法保持自身的独立和稳定，无法有效承载和支撑顶板的下沉压力，出现垮塌散落现象。现有的矸石充填留巷技术，较早的留巷方法是采用矸石装袋，堆积在巷道一侧以起到支撑作用。这种方法增加工人劳动量，材料浪费严重，成本高昂，支护效果差，现在应用较少。近年来出现一种新型的固体充填胶结留巷方法(中国专利，公告号：cn111485912a)，这种方法采用抛矸注浆、独立成墙的方式进行留巷，相对于矸石袋支护有了较大改进，但是端头留巷作业和采空区充填作业相互独立，相互干扰，不仅增加工人工作量和作业安全隐患，还影响采空区充填密实率，导致后期留巷效果不佳，同时该方法增加了一套留巷的设备，提高了生产成本，降低了充填效益。
4.在固体充填工作面“前采后充”作业进行到端头时，如何防止充填材料涌入巷道、安全有效留设巷道的同时又能减少工作量、提高充填效益已经成为固体充填面临的一大难题。


技术实现要素：

5.为了解决固体充填留巷难度大、挡矸密闭性低、固体充填材料涌入巷道等问题，发明了一种矸石固体沿充留巷伸缩式挡矸板。
6.本发明提供如下技术方案：
7.一种固体充填沿充留巷伸缩式挡矸板应根据煤矿开采条件，因地制宜，自行设计制作其伸缩高度、挡矸板厚度和注浆孔位置等具体参数。挡矸板表面尽可能光滑平整，避免浆液粘连。挡矸板主要由基底墙、伸缩板和内置千斤顶等部分组成。基底墙在下部，主要起到基础支撑铺垫作用，其侧面形状为上窄下宽的梯形，内部非实心结构，采用厚度1cm的钢板包裹而成，基底墙的厚度在15-20cm之间。伸缩板在不工作时位于基底墙内部，工作状态时则从基底墙内部伸出，与顶板接触，可以起到接顶和阻挡基底墙上部的充填材料外溢的作用。基底墙中上部分制作成一个从侧面看呈现u形的u型槽，u型槽两侧各焊接一个限位器，限制伸缩板左右位移。基底墙内有用于固定千斤顶底部的千斤顶凹槽，数量有2-3个，根据千斤顶位置，在基底墙凹槽外侧钻取千斤顶注液孔。伸缩板中下部位置根据千斤顶数量制作多个u形凹槽，整个伸缩板呈m形状，千斤顶位置与伸缩板凹槽一一对应，使千斤顶套进
伸缩板凹槽内并使伸缩板与千斤顶活塞焊接牢固，千斤顶的底部与基底墙焊接牢固。基底墙和挡矸板长度可取2至3个充填步距，伸缩板伸缩高度由千斤顶控制。伸缩板完全伸展后，与基底墙的总高度应基本等于充填体高度或充填工作面高度，挡矸板能够接顶，其中基底墙的高度应不少于充填体高度或采高的60％，以适应采高的变化。挡矸板的厚度取决于现场充填夯实过程充填材料施加的侧向压力，厚度一般在10-15cm之间，挡板抵抗变形的强度不小于其最大侧压力10mpa。为了巷旁体材料注浆更充实，泵注效果更好，考虑浆液材料在自重作用下的流动方向，挡矸板上钻取注浆孔的位置应不低于充填体高度的80％，且相邻注浆孔的间距应小于80cm。
8.作为本发明的一种优选技术方案，所述伸缩式高强度挡矸板基底墙u形凹槽内置千斤顶，千斤顶套进伸缩板m形凹槽内。
9.作为本发明的一种优选技术方案，所述伸缩式高强度挡矸板基底墙上部钻取注浆孔，u形凹槽两侧焊接限位器。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述固体充填沿充留巷工艺系统主要包括挡矸和注浆工艺及其设备。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述沿充留巷施工方法主要包括支设挡矸板、常规固体充填、充填材料搅拌、高压泵注作业。
12.本发明具有以下有益之处：
13.本发明具有一定的创新性，现实可行性和可操作性，操作方便，简单易行，节省成本，降低工人劳动作业量，挡矸效果良好，同时可以方便向采空区内的充填材料实施注浆补强作业，减少了单独留巷作业的昂贵设备(如抛矸设备等)和复杂工序，以及繁琐作业过程中的安全生产隐患(如抛矸过程中矸石的飞溅等)，只需采取挡矸、注浆等措施就可以将巷道留设下来，提高了充填留巷效率，经济适用效果良好。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为一种固体充填沿充留巷伸缩式挡矸板初始状态立体图。
16.图2为一种固体充填沿充留巷伸缩式挡矸板工作状态立体图。
17.图3为图1的剖面图。
18.图4为图2的剖面图。
19.图中：1、基底墙；2、伸缩板；3、限位板；4、注液孔；5、注浆孔；6、千斤顶；7、千斤顶凹槽；8、活塞；9、u型槽；10、伸缩板凹槽。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例一
22.请参阅图1-4，一种固体充填沿充留巷伸缩式挡矸板应根据煤矿开采条件，因地制宜，自行设计制作其伸缩高度、挡矸板厚度和注浆孔位置等具体参数。挡矸板表面尽可能光滑平整，避免浆液粘连。挡矸板主要由基底墙1、伸缩板2和内置千斤顶6等部分组成。基底墙1在下部，主要起到基础支撑铺垫作用，其侧面形状为上窄下宽的梯形，内部非实心结构，采用厚度1cm的钢板包裹而成，基底墙1的厚度在15-20cm之间。伸缩板2在不工作时位于基底墙1内部，工作状态时则从基底墙1内部伸出，与顶板接触，可以起到阻挡基底墙1上部的充填材料外溢的作用。基底墙1中上部分制作成一个从侧面看呈现u形的u型槽9，u型槽9两侧各焊接一个限位板3，限制伸缩板2左右位移。基底墙1内有用于固定千斤顶6底部的千斤顶凹槽7，数量有2-3个，根据千斤顶6位置，在基底墙1的千斤顶凹槽7外侧钻取千斤顶注液孔4。伸缩板2中下部位置根据千斤顶数量制作多个u形的伸缩板凹槽10，整个伸缩板2呈m形状，千斤顶6位置与伸缩板凹槽10一一对应，使千斤顶6套进伸缩板凹槽10内并使伸缩板2与千斤顶活塞8焊接牢固，千斤顶6的底部与基底墙1焊接牢固。基底墙1和伸缩板2长度可取2至3个充填步距，伸缩板2伸缩高度由千斤顶6控制。伸缩板2完全伸展后，与基底墙1的总高度应基本等于充填体高度或充填工作面高度，伸缩板2能够接顶，其中基底墙1的高度应不少于充填体高度或采高的60％，以适应采高的变化。伸缩板2的厚度取决于现场充填夯实过程充填材料施加的侧向压力，厚度一般在10-15cm之间，伸缩板2抵抗变形的强度不小于其最大侧压力10mpa。为了巷旁体材料注浆更充实，泵注效果更好，考虑浆液材料在自重作用下的流动方向，伸缩板2上钻取注浆孔5的位置应不低于充填体高度的80％，且相邻注浆孔5的间距应小于80cm。
23.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种固体充填沿充留巷伸缩式挡矸板，主要由基底墙、伸缩板和内置千斤顶组成，其特征在于，基底墙在下部，其侧面形状为上窄下宽的梯形，内部非实心结构，采用厚度1cm的钢板包裹而成，基底墙厚度在15-20cm之间，中上部分制作成一个从侧面看呈现u形的u型槽，u型槽两侧各焊接一个限位器，基底墙内有用于固定千斤顶底部的千斤顶凹槽，数量有2-3个，根据千斤顶位置，在基底墙凹槽外侧钻取千斤顶注液孔。2.根据权利要求1所述的一种固体充填沿充留巷伸缩式挡矸板，其特征在于，伸缩板中下部位置根据千斤顶数量制作u形凹槽，整个伸缩板呈m形状，千斤顶位置与伸缩板凹槽一一对应，使千斤顶套进伸缩板凹槽内并使伸缩板与千斤顶活塞焊接牢固，千斤顶的底部与基底墙焊接牢固。3.根据权利要求1所述的一种固体充填沿充留巷伸缩式挡矸板，其特征在于，所述伸缩板伸缩高度由千斤顶控制，伸缩板完全伸展后，与基底墙的总高度应基本等于充填体高度或充填工作面高度，挡矸板能够接顶接底，其中基底墙的高度不少于充填体高度或采高的60％。4.根据权利要求1所述的一种固体充填沿充留巷伸缩式挡矸板，其特征在于，所述伸缩板上钻取注浆孔，且注浆孔的位置不低于充填体高度的80％，且相邻注浆孔的间距小于0.8m。

技术总结
为了在固体充填过程中防止充填材料从采空区涌入巷道，发明了一种固体充填沿充留巷伸缩式挡矸板。该挡矸板主要由基底墙、伸缩板和内置千斤顶等部分组成。基底墙内部有内置千斤顶，内置千斤顶活塞与伸缩板焊接，活塞的伸缩控制伸缩板的上下移动。为了方便向充填材料内注浆，在伸缩板的中上部位置钻取注浆孔。该装置能够有效抵挡充填材料涌入巷道的问题，同时增加了注浆功能，使巷道一侧的充填材料能够快速固结成型，支撑顶板，进而有利于留设巷道。进而有利于留设巷道。进而有利于留设巷道。


技术研发人员：赵新元 杨科 何祥 魏祯 张继强 姬健帅
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2022/5/25