一种充填袋体、支护充填柱及构筑方法技术

本发明专利技术涉及煤矿支护领域，尤其涉及一种充填袋体、支护充填柱及构筑方法。充填袋体包括：柔性第一袋体、柔性第二袋体以及位于柔性第一袋体和柔性第二袋体之间的隔膜，柔性第二袋体外围或夹层缝制有钢箍，柔性第一袋体和柔性第二袋体的外侧壁上部分别设置有注浆孔，柔性第一袋体的顶端面设置有排气孔；隔膜上设置有通孔；柔性第二袋体的周向上设置有若干挂耳。充填柱包括第一快速凝固材料构筑成的第一支柱段、第二快速凝固材料构筑成的第二支柱段和充填袋体。本发明专利技术采用充填袋构筑充填柱的工序简单、充填柱快速成型，同时，充填柱的第一支柱段和第二支柱段的高度可以精准控制。

【技术实现步骤摘要】
一种充填袋体、支护充填柱及构筑方法
本专利技术涉及煤矿支护领域，尤其涉及一种充填袋体、支护充填柱及构筑方法。
技术介绍
煤矿开采过程中，工作面煤层中经常会遇到空巷现象，对工作面煤层空巷的支护问题一直是国内的难题，在工作面逐渐接近、揭露空巷时，经常会发生顶板来压严重，回采工作面片帮和冒顶事故发生，严重者会导致工作面顶板漏顶、压架或倒架等事故，对井下安全生产造成非常大的被动局面。目前，国内外解决办法主要有：(1)用密集的单体或木垛加强空巷顶板支护；(2)用锚杆、锚索加固空巷顶板和两帮支护；(3)采用高水材料进行全充填；(4)以空巷为切眼重新布置工作面。密集单体或木垛承载能力有限，抵抗工作面支撑压力时容易产生冒顶和大面积片帮，造成巷道顶板下沉，片帮和冒落岩石堵塞巷道，给工作面过空巷造成很大困难，此种情况下，当工作面接近空巷时，其间煤柱处于破碎或塑性状态，基本无承载力，直接顶在空巷上方断裂，工作面顶板大幅下沉，底板底鼓加剧抬高，煤壁大量片帮，支架被压死，甚至出现工作面冒顶，造成重大安全事故。采用锚杆、锚索加固空巷顶板和两帮支护，对维护空巷顶板和两帮的完整性有一定作用，顶板一般不会大面积垮落；但由于空巷围岩已处于塑性或破裂状态，控制后的围岩仍然难以承载超前来压作用，随着工作面的推进，不能有效控制顶板的提前下沉或断裂。在揭露过程中工作面推进困难，容易出现安全问题。采用高水类材料将空巷进行全部充填，对减少顶板下沉、控制片帮有积极作用，但是，一般空巷总体积较大，充填材料用量较大，成本高，充填时间较长，充填工艺控制复杂，耗费大量人力物力财力，同时给工作面割煤出煤带来非常量大的灰分且难以在洗煤系统洗出灰分，严重影响煤质煤品。以空巷为切眼重新布置工作面，会造成较大量的煤炭资源的丢失，同时工作面支架搬家和重新安装也耗费大量的人力、物力资源和时间经济效益。现行的支护充填柱工艺繁琐，在井下狭窄的空间内存在施工不便的问题，同时，目前用于充填柱的充填袋在充填过程中存在不能保证充填柱体有效成型的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决目前充填柱制作工艺繁琐和有效成型的问题，本专利技术提供一种充填袋体、支护充填柱及构筑方法。(二)技术方案为了达到上述的目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种用于支护充填柱的充填袋体，所述充填袋体包括：柔性第一袋体、柔性第二袋体以及位于所述柔性第一袋体和所述柔性第二袋体之间的隔膜，所述柔性第二袋体外围或夹层缝制有钢箍，所述柔性第一袋体和所述柔性第二袋体的外侧壁上部分别设置有注浆孔，所述柔性第一袋体的顶端面设置有排气孔；所述隔膜上设置有通孔；所述柔性第二袋体的周向上设置有若干挂耳；所述排气孔为位于所述顶端面中心的单个孔或者为周向均匀分布在所述顶端面上的多个孔；所述通孔为位于所述隔膜中心的单个孔或者为周向均匀分布在所述隔膜上的多个孔。进一步的，所述钢箍为等间距排列的若干圆形钢箍。进一步的，所述钢箍为沿柔性第二袋体长度方向延伸的螺旋钢箍。一种采用充填袋构筑的支护充填柱，所述充填柱包括：第一快速凝固材料构筑成的第一支柱段、第二快速凝固材料构筑成的第二支柱段和充填袋体；所述第一支柱段高度小于所述第二支柱段的高度。所述第一快速凝固材料至少充填所述柔性第一袋体；所述第二快速凝固材料至少充填所述柔性第二袋体。进一步的，所述第一快速凝固材料为发泡材料；所述发泡材料的压缩变形量大于等于50％；所述发泡材料为聚氨酯树脂泡沫和/或酚醛树脂泡沫。进一步的，所述第二快速凝固材料为复合粉体材料；所述复合粉体材料在所述柔性第二袋体内的初凝时间为1-2min，1h强度大于5MPa，最终达到的凝结强度大于等于15Mpa；所述复合粉体材料包括超细硅酸盐水泥、超细硫铝熟料粉、超细石膏粉、活性粉煤灰、超细熟石灰粉和触变剂。一种构筑充填柱的方法，包括如下步骤：1)在需要设置充填柱的巷道内选取合适的位置，通过所述挂耳将所述充填袋体悬挂在巷道顶板的铁丝网上，或者释放螺旋钢箍，使其弹性扩张而使充填袋体伸展；2)将所述充填袋体柔性第二袋体的注浆孔与第一注浆管路相连接，所述第一注浆管路另一端与第一充填设备连接，通过所述第一充填设备将复合粉体材料注入所述柔性第二袋体，根据充填柱所需的高度，充填出所需高度的第二支柱段；3)将所述充填袋柔性第一袋体的注浆孔与第二注浆管路相连接，所述第二注浆管路另一端与第二充填设备连接，通过所述第二充填设备将发泡材料注入所述柔性第一袋体，其中，如果所述柔性第二袋体没有完全被所述复合粉体材料充填满，则通过隔膜上的通孔，所述发泡材料注入到所述充填袋体的柔性第二袋体，直至所述柔性第一袋体上部与所述巷道顶板接顶，完成所述充填柱的构筑；4)待构筑的所述充填柱完全硬化后，保留所述充填袋体。进一步的，步骤2)中，当所述柔性第二袋体被注满时，形成的所述第二支柱段仍达不到所需高度时，可以继续向所述柔性第二袋体注入所述复合粉体材料，所述复合粉体材料通过设置在隔膜上的通孔注入到所述充填袋体的柔性第一袋体。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种充填袋体包括：柔性第一袋体、柔性第二袋体以及位于柔性第一袋体和柔性第二袋体之间的隔膜，柔性第二袋体外围或夹层缝制有钢箍，柔性第一袋体和柔性第二袋体的外侧壁上部分别设置有注浆孔，柔性第一袋体的顶端面设置有排气孔；隔膜上设置有通孔；柔性第二袋体的周向上设置有若干挂耳；排气孔为位于顶端面中心的单个孔或者为周向均匀分布在顶端面上的多个孔；通孔为位于隔膜中心的单个孔或者为周向均匀分布在隔膜上的多个孔。该充填袋体设计合理、可折叠压缩、运输方便。利用该充填袋体构筑的充填柱包括：第一快速凝固材料构筑成的第一支柱段、第二快速凝固材料构筑成的第二支柱段和充填袋体；采用复合粉体材料搭配该充填袋体构筑充填柱时，具有工序简单和快速成型的优点。采用上述充填袋体构筑充填柱的过程中，由于柔性第一袋体的顶端面排气孔和隔膜上通孔的设置，充填过程中充填袋体内的气体可以均匀向上排出而不会对充填袋体的侧壁产生过大的压力，使得充填过程中充填袋体保持稳定。由于隔膜的设置起到了初步定位的作用，可以快速将充填袋体各充填支柱段的高度初步确定。由于挂耳和隔膜通孔的设置，使得在充填过程中，可以进一步精确控制第一支柱段的高度，从而让巷道顶板有足量的应力释放空间，有效防止顶板沉降时冲击压力过大对充填柱造成破坏。而第一快速凝固材料和第二快速凝固材料通过隔膜通孔进行接触反应并相互黏连，在一定程度上提高了充填柱的整体性和安全性。同时，本专利技术的支护充填柱可以适量压缩，在承压初期主动让压，避免顶板下层的冲击压力对柱体的动压破坏，同时让压后承压力逐渐增大，达到承压较大静压的抗压要求；满足“支得住，割得动”要求，支柱体强度设计符合煤矿井下安全生产的需要，在保证提供良好的支撑力情况下，材料的强度、硬度满足割煤机割裂要求，否则过小的支护体强度不能得到有效的支撑性能，而支护体强度过高的、支护体材料硬度过大，煤矿生产过程中，割煤机无法割断支护柱体，只能采取人工爆破方式进行拆除，增大了劳动强度，增加影响安全生产的隐患，不符合井下安全生产规程要求；满足支护充填柱对残余强度的要求，即使柱体在被压裂的情况下仍然具有较高的残余支撑强度，残余强度可保持在设计抗压强度的70％以上，即达到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于支护充填柱的充填袋体，所述充填袋体包括：柔性第一袋体、柔性第二袋体以及位于所述柔性第一袋体和所述柔性第二袋体之间的隔膜，所述柔性第二袋体外围或夹层缝制有钢箍，所述柔性第一袋体和所述柔性第二袋体的外侧壁上部分别设置有注浆孔，其特征在于，所述柔性第一袋体的顶端面设置有排气孔；所述隔膜上设置有通孔；所述柔性第二袋体的周向上设置有若干挂耳；所述排气孔为位于所述顶端面中心的单个孔或者为周向均匀分布在所述顶端面上的多个孔；所述通孔为位于所述隔膜中心的单个孔或者为周向均匀分布在所述隔膜上的多个孔。

【技术特征摘要】
1.一种用于支护充填柱的充填袋体，所述充填袋体包括：柔性第一袋体、柔性第二袋体以及位于所述柔性第一袋体和所述柔性第二袋体之间的隔膜，所述柔性第二袋体外围或夹层缝制有钢箍，所述柔性第一袋体和所述柔性第二袋体的外侧壁上部分别设置有注浆孔，其特征在于，所述柔性第一袋体的顶端面设置有排气孔；所述隔膜上设置有通孔；所述柔性第二袋体的周向上设置有若干挂耳；所述排气孔为位于所述顶端面中心的单个孔或者为周向均匀分布在所述顶端面上的多个孔；所述通孔为位于所述隔膜中心的单个孔或者为周向均匀分布在所述隔膜上的多个孔。2.根据权利要求1所述的充填袋体，其特征在于，所述钢箍为等间距排列的若干圆形钢箍。3.根据权利要求1所述的充填袋体，其特征在于，所述钢箍为沿柔性第二袋体长度方向延伸的螺旋钢箍。4.根据权利要求3所述的充填袋体，其特征在于，所述柔性第二袋体包括压缩状态和伸展状态，在压缩状态下，所述柔性第二袋体的螺旋钢箍处于受迫压缩状态。5.一种采用权利要求1-4任一项所述的充填袋体构筑的支护充填柱，其特征在于，所述充填柱包括：第一快速凝固材料构筑成的第一支柱段、第二快速凝固材料构筑成的第二支柱段和所述充填袋体；所述第一支柱段高度小于所述第二支柱段的高度。6.根据权利要求5所述的充填柱，其特征在于，所述第一快速凝固材料至少充填所述柔性第一袋体；所述第二快速凝固材料至少充填所述柔性第二袋体。7.根据权利要求6所述的充填柱，其特征在于，所述第一快速凝固材料为发泡材料；所述发泡材料的压缩变形量大于等于50％；所述发泡材料为聚氨酯树脂泡沫和/或酚醛树脂泡沫。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴怀国，韩德强，梁海刚，魏宏亮，刘东，韩澍，
申请(专利权)人：北京瑞诺安科新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11