[发明专利]一种柱式部分充填开采中控制顶板下沉的装置与方法

权利要求书

1.一种柱式部分充填开采中控制顶板下沉的装置，其特征在于：包括顶板控制装置和充填装置，所述顶板控制装置为预应力桁架锚索装置，加固顶板，增强顶板自身承力性能，控制顶板下沉量；充填装置包括垛柱式充填模板，充填模板内设有充填材料；

所述预应力桁架锚索装置为矿用预应力桁架锚索装置，每个装置由两根桁架锚索和一个连接锁紧器组成，连接锁紧器上设有紧固螺栓；锚索将不同岩层组合在一起，提高岩层自身抗弯性能；连接锁紧器将两根锚索用刚性材料连接在一起，共同起到悬吊托举顶板的作用，提高顶板的抗拉性能；锚索的长度和连接锁紧器的长度以工程实际情况而定，锚索锚固段位于顶板上方稳定岩层中，连接锁紧器两端的锚索外露端头在模板外侧20-40cm；

所述垛柱式充填模板设置在直接顶下方，四周由拼接在一起的支撑架围成长方体框架结构，模板的相对两个面上分别是单个支撑架或经单侧拼接后的若干支撑架组成的整体，相邻两个面通过边缘的支撑架垂直拼接组成；每块支撑架由挡板、骨架道木和对拉锚索组成，骨架道木由若干条平行的横向道木和三条平行的竖向道木组成，横向道木和竖向道木呈垂直交叉设置，对拉锚索设置在每一侧模板中心的竖向道木上；骨架道木拼接后直接接触顶板，对顶板形成支撑；在模板一侧的挡板上方设有充填口；

所述骨架道木为矿用道木，是四棱柱结构，道木截面是边长为100-200mm的正方形，横向道木两端比挡板两端各延伸出100-300mm的宽度，便于不同模板的拼接组装，竖向道木高度和挡板的高度相同；横向道木和竖向道木分别通过钢钉固定在挡板上，是主要的受力结构，拼接后可直接对顶板和充填柱体形成支撑；每组充填装置上方设有五组顶板控制装置，每组充填装置由四个呈正方形排列的垛柱式充填模板组成，每个垛柱式充填模板的上方岩层中设有一组预应力桁架锚索装置，且以正方形为中心的正上方岩层中设有一组预应力桁架锚索装置。

2.根据权利要求1所述的柱式部分充填开采中控制顶板下沉的装置，其特征在于：所述垛柱式充填模板和位于其正上方的预应力桁架锚索装置，两者中心位置相互对齐，模板固定后与连接锁紧器的刚性材料接触。

3.根据权利要求1所述的柱式部分充填开采中控制顶板下沉的装置，其特征在于：所述挡板为木质板，用于围挡充填柱体，厚20-50mm，高度随采高确定，长度根据充填柱体的尺寸确定。

4.根据权利要求1所述的柱式部分充填开采中控制顶板下沉的装置，其特征在于：所述拼接是指支撑架之间的拼接，分为单侧平行拼接和垂直拼接，设计时将相邻支撑架的横向骨架道木交错布置以便于拼接；单侧拼接是指当充填柱体单侧长度大于3m时，这时将支撑架延伸出来的横向骨架道木相互穿插进相邻支撑架的竖向道木下完成拼接，将若干支撑架连接在一起形成一个长的整体结构，其长度与充填柱体的长度相等；垂直拼接是指不同侧支撑架的拼接，此时相邻支撑架延伸出来的横向骨架道木相互交错搭接，四周全部完成拼接后用对拉锚索施加预紧力进行固定。

5.根据权利要求1所述的柱式部分充填开采中控制顶板下沉的装置，其特征在于：所述对拉锚索为矿用钢绞线锚索，长度随模板的整体尺寸而定，两端各向支撑架外延伸出150-300mm，以便于施加预紧力，对拉锚索固定在模板中心的竖向道木上，配合骨架道木为充填柱体提供侧向压力，提高充填柱体抗压强度，减小充填柱体后期压缩量。

6.根据权利要求1所述的柱式部分充填开采中控制顶板下沉的装置，其特征在于：所述充填口为圆孔，充填口的直径为10-20cm，位于充填模板的最上端，充填完成后封闭充填口。