一种矿井废弃物混凝土全填充柔性模袋系统及工艺

技术领域

本发明属于煤矿开采领域，涉及柔性模袋，具体是一种矿井废弃物混凝土全填充柔性模袋系统及工艺。

背景技术

随着无煤柱开采技术的发展，许多煤矿已经使用留取小煤柱的掘巷技术，虽然目前传统的留取小煤柱的掘巷技术已经在现场得到成功应用，但在很大程度上还存在一定的弊端，首先残留煤柱大部分被留在采空区无法进行开采，会导致煤炭资源的浪费，而且如果巷道的掘进在残留煤柱的高应力区，会出现采空区顶板的悬臂压力严重影响巷道的稳定，严重时会引起巷道变形甚至破坏顶板，有可能会引起冲击地压事故甚至瓦斯爆炸，为安全生产带来很大的隐患。另外如果留设煤柱在受力破坏后，可能会造成采空区透风，易引起瓦斯和火灾等事故。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种矿井废弃物混凝土全填充柔性模袋系统及工艺，以解决现有技术中传统的留取小煤柱的掘巷技术存在煤炭资源的浪费和安全隐患的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种矿井废弃物混凝土全填充柔性模袋系统，包括在煤层前方预设的工作面液压支架，所述的工作面液压支架的两侧预设有与工作面液压支架连通的运输巷和回风巷，所述的运输巷中依次设置有多个柔性模袋，多个所述的柔性模袋上均设置有注浆孔，所述的运输巷中还设置有充填泵，所述的充填泵的通过软管与注浆孔相连；所述的运输巷的内壁上布设有固废物浆液输送管，所述的固废物浆液输送管的一端伸入充填泵中；所述的柔性模袋的靠近采空区的一侧设置有液压单体支架结构。

本发明还包括以下技术特征：

所述的液压单体支架结构包括底座，所述的底座上设置有多个平行的垂直液压支柱，所述的垂直液压支柱的顶部设置有顶板，所述的底座与顶板之间设置有三块相邻的侧板，其中两个相对的侧板之间设置有水平液压支架；未设置侧板的一侧的底座上通过连轴连接有一个液压支架。

所述的侧板包括上侧板和下侧板，所述的上侧板的上端连接在顶板外沿上设置的第一挂环上；所述的下侧板的下端连接在底座的外沿上设置的第二挂环上。

所述的液压单体支柱结构的底座的下表面呈向上弯曲的弧形。

所述的煤层包括由下至上依次设置的实体煤、伪顶、直接顶和基本顶，所述的实体煤中沿水平方向设置有帮锚杆，采空区上部所述的伪顶、直接顶和基本顶中贯穿设置有顶锚杆和锚索。

所述的柔性模袋为长方体橡胶袋。

所述的柔性模袋的一个内壁上平行设置有多条尼龙绳。

所述的柔性模袋的顶部外侧和一个侧壁的外部均设置有多个绳索，多个所述的绳索分别与对应所述的帮锚杆、顶锚杆或锚索相连。

一种矿井废弃物混凝土全填充柔性模袋的方法，采用所述的矿井废弃物混凝土全填充柔性模袋系统，具体包括以下步骤：

步骤一，工作面回采完成后，将工作面液压支架向采煤面方向移动，在运输巷内预留出放置待充填的柔性模袋的空间；

步骤二，在所述的空间的旁边的采空区内放置液压单体支架结构；

步骤三，根据现场实际情况和柔性模袋的尺寸，确定对本区段运输巷内柔性模袋的数量；

步骤四，将柔性模袋固定在运输巷的内璧上；

步骤五，通过固废物浆液输送管和水泥车分别将固废材料和水泥运输至运输巷内的充填泵中充分搅拌，通过软管和注浆口泵入柔性模袋，得到一个全充填柔性模板；

步骤六，静置，直至全充填柔性模板的强度达到额定强度，液压单体支柱结构收缩，随工作面的推进，液压支架通过连轴带动液压单体支柱结构向前移动；

步骤七，通过软管将充填泵与其余的柔性模袋的注浆孔相连，返回步骤五，直至本区段运输巷内的全填充柔性模板全部达到固定强度，并且巷道上覆岩层达到稳定。

步骤五具体包括以下步骤：

步骤5.1，对矸石等固废材料直接在井下进行破碎，将矸石等固废材料运输至搅拌机内，加水搅拌，搅拌均匀后得到固废物浆液。,

步骤5.2，将固废物浆液输送管与充填泵进行连接，将充填泵的软管插入注浆孔内，并使用铁丝绑扎紧固；

步骤5.3，水泥在地面制备完成后，通过水泥车运送到井下的充填泵，与固废物浆液使用软管一并注入柔性模袋内，并及时对接顶不充分的地方进行填充，排出柔性模袋内的水分，保证接顶的效果。

步骤5.4，待填充结束后将软管拔出，对充填泵和固废物浆液输送管加水进行清洗。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本发明利用矿井废弃物混凝土全填充模板代替传统方法中的煤柱，有效的降低了煤柱型冲击地压危险，提高了煤炭的回采率，并且缓解了采掘接替紧张问题、容易发生的失稳破坏等问题，解决了现有技术中传统的留取小煤柱的掘巷技术存在安全隐患的技术问题。

(Ⅱ)本发明工艺简单，易于操作，实施安全，有着较好的推广、实用价值，解决了现有技术中传统的留取小煤柱的掘巷技术存在煤炭资源的浪费的技术问题。

附图说明

图1为本发明中的系统的现场三维示意图。

图2为本发明的系统在煤层巷道中应用过程中的现场剖面示意图。

图3为本发明的系统在煤层巷道中沿全充填柔性模板完成巷道掘进的现场剖面示意图。

图4为本发明中的全充填柔性模板的三维立体示意图。

图5为本发明中的全充填柔性模板的剖面示意图。

图6为本发明中的液压单体支柱结构的立体图。

图7为实测例中全充填柔性模板的抗压强度示意图。

图中各个标号的含义为：1-煤层，2-工作面液压支架，3-运输巷，4-回风巷，5-柔性模袋，6-固废物浆液输送管，7-液压单体支架结构，8-帮锚杆，9-顶锚杆，10-锚索，11-全充填柔性模板，12-水泥车，13-采空区；

101-实体煤，102-伪顶，103-直接顶，104-基本顶；

501-注浆孔，502-尼龙绳，503-绳索，

701-底座，702-垂直液压支柱，703-顶板，704-侧板，705-水平液压支架，706连轴，707-液压支架，708-第一挂环，709-第二挂环；

70401-上侧板，70402-下侧板。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本发明中的所有零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明给出了一种矿井废弃物混凝土全填充柔性模袋系统，如图1至图6所示，包括在煤层1前方预设的工作面液压支架2，工作面液压支架2的两侧预设有与工作面液压支架2连通的运输巷3和回风巷4，其特征在于，运输巷3中依次设置有多个柔性模袋5，多个柔性模袋5上均设置有注浆孔501，运输巷3中还设置有充填泵，充填泵的通过软管与注浆孔501相连；运输巷3的内壁上布设有固废物浆液输送管6，固废物浆液输送管6的一端伸入充填泵中；柔性模袋5的靠近采空区13的一侧设置有液压单体支架结构7。

在上述技术方案中，利用矿井废弃物混凝土全填充模板代替传统方法中的煤柱，有效的降低了煤柱型冲击地压危险，提高了煤炭的回采率，并且缓解了采掘接替紧张问题、容易发生的失稳破坏等问题，解决了现有技术中传统的留取小煤柱的掘巷技术存在安全隐患的技术问题，此外，工艺简单，易于操作，实施安全，有着较好的推广、实用价值，解决了现有技术中传统的留取小煤柱的掘巷技术存在煤炭资源的浪费的技术问题。

具体的，液压单体支架7结构包括底座701，底座701上设置有多个平行的垂直液压支柱702，垂直液压支柱702的顶部设置有顶板703，底座701与顶板703之间设置有三块相邻的侧板704，其中两个相对的侧板704之间设置有水平液压支架705；未设置侧板704的一侧的底座701上通过连轴706连接有一个液压支架707。

具体的，侧板704包括上侧板70401和下侧板70402，上侧板70401的上端连接在顶板703外沿上设置的第一挂环708上；下侧板70402的下端连接在底座701的外沿上设置的第二挂环709上。

具体的，液压单体支柱结构7的底座701的下表面呈向上弯曲的弧形，使得地面不平整时能够顺利前移。

具体的，煤层1包括由下至上依次设置的实体煤101、伪顶102、直接顶103和基本顶104，实体煤101中沿水平方向设置有帮锚杆8，采空区上部伪顶102、直接顶103和基本顶104中贯穿设置有顶锚杆9和锚索10。

具体的，柔性模袋5为长方体橡胶袋。

具体的，柔性模袋5的一个内壁上平行设置有多条尼龙绳502，防止了充填后的柔性模板5鼓包坍塌。

具体的，柔性模袋5的顶部外侧和一个侧壁的外部均设置有多个绳索503，多个绳索503分别与对应帮锚杆8、顶锚杆9或锚索10相连，方便固定。

进一步的，本发明还给出了一种矿井废弃物混凝土全填充柔性模袋的方法，采用矿井废弃物混凝土全填充柔性模袋系统，具体包括以下步骤：

步骤一，工作面回采完成后，将工作面液压支架2向采煤面方向移动，在运输巷3内预留出放置待充填的柔性模袋5的空间；

步骤二，在空间的旁边的采空区13内放置液压单体支架结构7；

步骤三，根据现场实际情况和柔性模袋5的尺寸，确定对本区段运输巷内柔性模袋5的数量；

优选的，柔性模袋为宽度4m、高度3.5m和长度为4m的长方形尼龙袋，在本区段运输巷3放置两个柔性模板5。

步骤四，将柔性模袋5固定在运输巷3的内璧上；

具体的，通过将柔性模袋5外部的绳索503分别与对应帮锚杆8、顶锚杆9或锚索10相连。

步骤五，通过固废物浆液输送管6和水泥车12分别将固废材料和水泥运输至运输巷3内的充填泵中充分搅拌，通过软管和注浆口501泵入柔性模袋5，得到一个全充填柔性模板11；

步骤六，静置，直至全充填柔性模板11的强度达到额定强度，液压单体支柱结构7收缩，随工作面的推进，液压支架707通过连轴706带动液压单体支柱结构7向前移动；

步骤七，通过软管将充填泵与其余的柔性模袋5的注浆孔501相连，返回步骤五，直至本区段运输巷3内的全填充柔性模板11全部达到固定强度，并且巷道上覆岩层达到稳定。

步骤五具体包括以下步骤：

步骤5.1，对矸石等固废材料直接在井下进行破碎，将矸石等固废材料运输至搅拌机内，加水搅拌，搅拌均匀后得到固废物浆液。,

步骤5.2，将固废物浆液输送管6与充填泵进行连接，将充填泵的软管插入注浆孔501内，并使用铁丝绑扎紧固；

步骤5.3，水泥在地面制备完成后，通过水泥车12运送到井下的充填泵，与固废物浆液使用软管一并注入柔性模袋5内，并及时对接顶不充分的地方进行填充，排出柔性模袋内的水分；

步骤5.4，待填充结束后将软管拔出，对充填泵和固废物浆液输送管加水进行清洗。

实测例：

采用本申请，并按照设计配比，制作了长宽高为150mm×150mm×150mm的试样，并进行了井下同等条件养护，分别测试了不同养护龄期的单轴抗压强度，如图7所示。测试结果显示，全充填柔性模板11在7d内为弹性区，7d平均强度为19.7MPa，7d～28d为屈服区，28d平均强度为28.9MPa。借鉴采用Bieniawaki提出的煤柱强度计算公式(1)来计算充填体的整体强度；

以陕西某矿为例，巷道宽度为3m，高度为3.5m。σ