[发明专利]综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构及支护方法

权利要求书

1.一种综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构的支护方法，其特征在于，所述多层位充填体承载结构位于采空区内，用于支撑采空区内的顶板；

多层位充填体水平方向位于巷道与采空区之间，垂直方向位于直接顶与巷道底板之间；

所述多层位充填体承载结构包括Ⅰ类胶结体和Ⅱ类胶结体；

Ⅱ类胶结体和Ⅰ类胶结体均选用实心的立体结构；

所述Ⅰ类胶结体位于所述Ⅱ类胶结体的上方，所述Ⅰ类胶结体的顶部顶靠在巷道上方的直接顶上，所述Ⅱ类胶结体底部位于采空区的巷道底板上；

所述Ⅰ类胶结体和所述Ⅱ类胶结体的宽度相同，所述Ⅱ类胶结体的高度大于所述Ⅰ类胶结体的高度；

所述Ⅰ类胶结体的压缩率大于所述Ⅱ类胶结体的压缩率，所述Ⅰ类胶结体的刚度低于所述Ⅱ类胶结体的刚度；

所述Ⅰ类胶结体的高度是所述Ⅱ类胶结体的高度的20%～30%，所述Ⅰ类胶结体用于变形让压，所述Ⅱ类胶结体用于承载；

所述Ⅰ类胶结体为高水膨胀材料，所述Ⅰ类胶结体的浆液通过向所述Ⅱ类胶结体的浆液中添加引气剂和聚丙烯纤维制成，添加的引气剂与聚丙烯纤维的总量不超过Ⅰ类胶结体浆液总量的3‰；

所述Ⅰ类胶结体的压缩率为6‰～10‰；

所述支护方法包括如下步骤：

S1，建立多层位充填体承载结构力学模型，对多层位充填体受力特征进行分析，得出多层位充填体各个胶结体的高度；

S2，对多层位充填体承载变形机制进行分析，进一步得出两种工况条件下的多层位充填体的变形特征，采用Ⅰ类胶结体和Ⅱ类胶结体进行充填承载；

S201，将要充填的工作面分为两种工况，分别为工况一：充填体完全采用Ⅱ类胶结体；工况二：采用多层位充填体，充填体底部采用高度为2.5m的Ⅱ类胶结体，顶部采用高度为0.5m的Ⅰ类胶结体；

S202，分别对工况一和工况二中的充填体模型进行加载施加垂直应力，并得出充填体的变形曲线，并得出Ⅰ类胶结体的高压缩率和Ⅱ类胶结体的高强度结合起来可以适应顶板的回转下沉，增强充填体的稳定性；

S3，对步骤S2中的Ⅰ类胶结体和Ⅱ类胶结体的材料进行实验和分析，分别为高水膨胀材料和高水速凝材料；

S301，对高水膨胀材料浆液制成的PZGS试样和高水速凝材料浆液制成的PTGS试样分别进行单轴压缩试验；

S302，根据步骤S301中两种试样的试验结果得出单轴压缩下两种试样的应力-应变曲线；

S303，根据步骤S302中的应力-应变曲线得出将高水膨胀材料和高水速凝材料结合组成多层位充填体；

S4，先配置Ⅱ类胶结体高水速凝材料浆液并进行注浆，然后在Ⅱ类胶结体浆液的基础上配置Ⅰ类胶结体的浆液并再次进行注浆；

S5，对步骤S4中的多层位充填体承载后的巷道围岩变形进行监测。

2.如权利要求1所述的综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构的支护方法，其特征在于，所述Ⅱ类胶结体为甲乙两种浆料组成的高水速凝材料，甲浆料主要成分为硫铝酸盐水泥熟料，乙浆料主要成分为石灰石膏，甲乙两种浆料的配比为1：1。

3.如权利要求1所述的综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构的支护方法，其特征在于，所述Ⅰ类胶结体的高度为0.5m，所述Ⅱ类胶结体的高度为2.5m。

4.如权利要求3所述的综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构的支护方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤：

S101，根据砌体梁断裂的理论建立多层位充填体承载结构力学模型，并得出老顶旋转下沉对下位岩层施加的压力P；

S102，根据步骤S101得出的充填体承载结构力学模型，将Ⅰ类胶结体的高度h₁由0m增加到3m并得到充填体的受力特征曲线，综合充填体最大压缩量和材料成本的因素得出Ⅰ类胶结体的高度和Ⅱ类胶结体的高度。

5.如权利要求3所述的综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构的支护方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括如下步骤：

S401，先将甲乙两种浆料与水按照水料比1.5：1的比例配置高水速凝材料，并进行注浆，形成Ⅱ类胶结体，当Ⅱ类胶结体注浆到2.5m时停止注浆；

S402，在高水速凝材料浆液的基础上添加引气剂和聚丙烯纤维后得到高水膨胀材料浆液，并再次进行注浆，形成Ⅰ类胶结体，当Ⅰ类胶结体的高度达到0.5m即停止注浆。