[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

说明书

本发明提供一种综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构及支护方法，多层位充填体包括Ⅰ类胶结体和Ⅱ类胶结体，Ⅰ类胶结体位于Ⅱ类胶结体的上方，Ⅰ类胶结体和Ⅱ类胶结体的宽度相同，Ⅰ类胶结体的顶部顶靠在巷道上方的直接顶上，Ⅱ类胶结体底部位于采空区的巷道底板上。多层位充填体能够降低巷道直接顶垂直应力及充填体自身的应力集中，并将高应力向煤帮侧转移，优化了自身的承载环境，提高了充填体的稳定性。Ⅰ类胶结体依靠自身的“变形‑让压”特性吸收并转移部分外部荷载，降低巷道直接顶垂直应力及充填体自身的应力集中，强度较高的Ⅱ类胶结体可确保为直接顶提供可靠支撑，两者结合起来可以适应直接顶的回转下沉，增强充填体的稳定性。

技术领域

本发明属于巷道支护技术领域，具体涉及一种综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构及支护方法。

背景技术

沿空留巷是将上区段工作面的运输平巷用作下区段工作面的回风平巷，它减少了巷道的掘进量，缓解了采掘接替的紧张局面，减少煤柱的留设，消除了煤柱上下区域的应力集中，实现了工作面Y型通风，解决了工作面上隅角瓦斯超限和积聚的问题。

近年来，我国学者已经在留巷围岩活动规律、巷内支护技术等方面进行了大量的研究，为留巷墙体稳定和围岩控制奠定了丰富的理论基础。充填墙体作为沿空留巷的核心，稳定的承载特性十分重要。随着工作面回采，沿空留巷基本顶周期性断裂形成的关键块将以旋转基点为轴心向采空区侧回转下沉，且靠近墙体侧的下沉值远大于实体煤帮的下沉值，在此过程中，充填墙体为避免破断失稳而产生适量的“变形-让压”以适应直接顶下沉很有必要。为了达到这一目的，通过在混凝土墙体和直接顶之间填塞木料来充当软介质，利用软介质高的压缩率来适应直接顶的回转下沉；膏体充填材料阐述了“上软下硬”不等强充填体在坚硬直接顶条件下的“让-抗”机理。将预留的顶煤当作软介质来改善充填墙体的受力环境。这些尝试为进一步改善充填体的受力环境、提高巷道围岩稳定性提供了新思路。高水材料因具有速凝早强、强度灵活可调和施工简便等优点而被广泛应用于沿空留巷。但单纯以高水材料构筑的充填体同样面临着“变形-让压”能力弱，与直接顶协同变形能力差的问题，这就导致充填体在直接顶活动初期就可能出现严重破裂，甚至失稳的现象。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中单纯以高水材料构筑的充填体具有“变形-让压”能力弱，与直接顶协同变形能力差的问题，这就导致充填体在直接顶活动初期就可能出现严重破裂，甚至失稳的现象。因此本发明提供一种综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构及支护方法解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构，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；

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；

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。

如上所述的综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构，优选的，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。

如上所述的综放工作面沿空留巷多层位充填体承载结构，优选的，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。