本發(fā)明涉及一種無煤柱開采巷旁充填支護技術(shù)，尤其是一種鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)及其施工方法，用于沿空留巷巷旁充填支護技術(shù)中。

背景技術(shù)：

鋼管混凝土墩柱沿空留巷以其突出的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢在煤礦沿空留巷巷旁充填支護技術(shù)中得到越來越多的應用。與傳統(tǒng)的混凝土墻體巷旁支護相比，鋼管混凝土墩柱的外部鋼管不僅在澆筑混凝土過程中充當模板的作用，同時給內(nèi)部混凝土提供約束，使內(nèi)部混凝土處于三向應力狀態(tài)，在一定程度上提高內(nèi)部混凝土的強度和延性。外部鋼管在內(nèi)部核心混凝土的約束作用下，由原來的單向應力狀態(tài)變?yōu)殡p向應力狀態(tài)，其力學特征也得到有效地發(fā)揮。因此，基于鋼管和混凝土組合結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的鋼管混凝土墩柱沿空留巷技術(shù)應運而生。然而，由于井下巷道高度的不一致性，標準尺寸的鋼管混凝土柱在使用過程中與巷道頂板的接觸性問題一直沒有得到有效解決。為實現(xiàn)充分接頂，通常在鋼管混凝土墩柱上方架設不同厚度的枕木以適應不同的巷道高度變化。枕木的強度和延性與鋼管混凝土墩柱相比存在較大的差異性，對于充分發(fā)揮鋼管混凝土墩柱結(jié)構(gòu)高強、高延展性的技術(shù)優(yōu)勢產(chǎn)生不利影響。具體表現(xiàn)為頂板來壓過程中枕木產(chǎn)生較大變形，但是承載力始終處于較低水平，最終導致在留巷初期出現(xiàn)較大范圍的頂板下沉，甚至會引起上覆巖層的離層，繼而影響整個留巷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另一方面，鋼管混凝土墩柱本身隸屬于被動支護體系，無法在架設初期提供有效的初撐力用以抵抗上覆巖層的移動，特別是在留巷初期無法提供足夠的初撐力切斷工作面采空區(qū)側(cè)頂板以形成弧形三角板結(jié)構(gòu)。為解決鋼管混凝土墩柱的充分接頂問題和初撐力問題，本發(fā)明提出一種鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)及其施工方法，最大限度地實現(xiàn)鋼管混凝土墩柱的充分接頂，并提供有效的可控的初撐力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種能夠充分接頂并提供可控初撐力的鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)及其施工方法，解決傳統(tǒng)鋼管混凝土墩柱沿空留巷支護技術(shù)中無法充分接頂?shù)募夹g(shù)問題，同時改變現(xiàn)有鋼管混凝土墩柱沿空留巷的被動支護形式為主動支護，提供可以根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)的初撐力。

一種鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)，包括鋼管混凝土墩柱和液壓千斤頂，所述的鋼管混凝土墩柱由外部鋼管和內(nèi)部充填的混凝土組成，所述的液壓千斤頂?shù)闹睆奖蠕摴芑炷炼罩袖摴艿膬?nèi)徑小5cm。

所述的鋼管混凝土墩柱的外部鋼管通過在上下兩端焊接圓形鋼板的方式實現(xiàn)空間密閉。其中，上端頭鋼板焊接在距離外部鋼管上部邊緣3cm的位置，空出的位置作為限位槽用以安放液壓千斤頂。鋼管頂部位置留設有注漿孔和排氣孔，其中排氣孔位置高于注漿孔，注漿孔通過空心螺絲與帶有單向閥的橡膠軟管連接。

所述的帶有單向注液閥的橡膠軟管另一端通過快速接頭與混凝土注漿管連通，注漿過程中鋼管內(nèi)的空氣在混凝土漿液壓力作用下通過排氣孔排出，當排氣孔出現(xiàn)連續(xù)性混凝土漿液溢出時，表明鋼管已經(jīng)被混凝土完全充滿，此時可以停止注漿作業(yè)。

所述的液壓千斤頂裝置為配套有壓力表的圓柱形液壓千斤頂，所述的圓柱形液壓千斤頂可以直接放置在鋼管上端頭留設的高度為3cm的限位槽里。

所述的液壓千斤頂通過乳化液輸送管與布置在巷道底板上的乳化液泵站連通，通過乳化液泵站為液壓千斤頂?shù)幕钊\動提供動力。

一種實現(xiàn)上述鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)的施工方法，具體方法步驟如下：

（1）按照設計要求施工鋼管混凝土墩柱；

（2）將液壓千斤頂放置在已經(jīng)施工完成的鋼管混凝土墩柱頂部預留的限位槽里，調(diào)整位置，使液壓千斤頂盡可能的與巷道頂板保持水平。

（3）啟動乳化液泵站開始供液。乳化液通過乳化液輸送管注入液壓千斤頂?shù)倪^程中需要隨時觀察安設在液壓千斤頂上的壓力表，當壓力表讀數(shù)達到1mpa時，停止加壓，第一次施加初撐力過程結(jié)束。

（4）循環(huán)上述步驟，直至所有鋼管混凝土墩柱主動支護結(jié)構(gòu)具有1mpa的初撐力。

（5）間隔一天后，對所有液壓千斤頂進行二次施壓，當壓力表讀數(shù)達到2mpa時停止加壓。至此，整個鋼管混凝土墩柱主動支護結(jié)構(gòu)施工完成，此時壓力表顯示的讀數(shù)為最終提供的初撐力。此時，可以拆掉與注漿孔連接的橡膠軟管，留做下一輪混凝土墩柱施工過程中使用。

所述步驟（1）中施工鋼管混凝土墩柱的方法如下：

a、對預先選定的施工位置的巷道底板進行找平處理，通過空心螺絲將鋼管上的注漿孔與橡膠軟管（1連接。將連接好橡膠軟管的鋼管按照注漿孔、排氣孔朝上的位置沿巷道高度方向豎立后，緊貼鋼管外壁沿鋼管環(huán)向均勻布置3根單體液壓支柱，所述的單體液壓支柱應避開注漿孔和排氣孔，以免影響正常的注漿作業(yè)；

b、檢查混凝土注漿泵和混凝土注漿管是否正常。一切正常后通過快速接頭將混凝土注漿管與橡膠軟管另一端連接，完成準備工作。

c、啟動混凝土注漿泵，將混凝土注入鋼管中。隨著混凝土漿液的注入，鋼管中的空氣通過排氣孔排出，當留設在鋼管上部的排氣口出現(xiàn)連續(xù)性混凝土漿液溢出時，停止注漿。

d、拆掉與混凝土注漿管一端連接的快速接頭，鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)中單個鋼管混凝土墩柱的施工結(jié)束。

所述的步驟（2）中液壓千斤頂?shù)陌惭b順序可以根據(jù)實際施工環(huán)節(jié)的技術(shù)要求進行適當調(diào)整，具體為：若巷道高度過高或頂板條件復雜，為避免液壓千斤頂施工過程中對施工人員造成的潛在威脅，可以在步驟（1）架設鋼管之前，提前將液壓千斤頂安設至預留在鋼管頂部的限位槽中。

所述的步驟（5）中提到二次施壓最終初撐力的大小可以根據(jù)實際工程條件進行調(diào)整，但是必須保證施加的最終初撐力不高于鋼管混凝土墩柱中混凝土的同期強度，以避免對鋼管混凝土墩柱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生人為損壞。同時，若使用快凝早強混凝土，二次施壓可在混凝土墩柱施工結(jié)束后8小時開始進行。

本發(fā)明的有益效果在于能夠改變傳統(tǒng)的鋼管混凝土沿空留巷的被動支護形式為主動支護，可以根據(jù)工程需要提供合適的初撐力，對于及時切斷沿空留巷采空區(qū)側(cè)上覆巖層，形成弧形三角板結(jié)構(gòu)具有重要的意義。同時，通過在鋼管上部限位槽中安設的液壓千斤頂在提供合適初撐力的前提下實現(xiàn)鋼管混凝土墩柱與巷道頂板良好的接觸，可以有效避免頂板離層對沿空留巷整體穩(wěn)定性造成的影響。此外，液壓千斤頂配套的壓力表可以實時監(jiān)測鋼管混凝土墩柱的承載力變化特征，減少了專門設置壓力監(jiān)測裝置產(chǎn)生的額外經(jīng)濟成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)及其施工方法的整體布置示意圖；

圖2是本發(fā)明鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)及其施工方法的鋼管混凝土墩柱整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)及其施工方法的鋼管和液壓千斤頂連接示意圖；

圖4是本發(fā)明鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)及其施工方法的注漿孔與混凝土注漿管快速連接方式示意圖；

圖5是本發(fā)明鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)及其施工方法的單體液壓支柱架設示意圖；

圖中：1-巷道頂板，2-壓力表，3-注漿孔，4-快速接頭，5-乳化液輸送管，6-混凝土注漿管，7-鋼管，8-混凝土，9-乳化液泵站，10-工作面采空區(qū)，11-液壓千斤頂，12-排氣孔，13-橡膠軟管，14-混凝土注漿泵，15-巷道底板，17-圓形鋼板，18-空心螺絲，19-單向注液閥，20-限位槽，21-單體液壓支柱。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作以描述，但要求保護的范圍并不局限于所述。

圖1所示，本發(fā)明所述的鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)，包括鋼管混凝土墩柱和液壓千斤頂（11）、混凝土注漿泵（14）和乳化液泵站（9）。其中位于工作面采空區(qū)（10）一側(cè)的鋼管混凝土墩柱由鋼管（7）和混凝土（8）組合而成。巷道底板（15）上布置有乳化液泵站（9）和混凝土注漿泵（14）。乳化液泵站（9）通過乳化液輸送管（5）給安設有壓力表（2）的液壓千斤頂（11）提供動力。所述的液壓千斤頂（11）安設在鋼管（7）的頂部，一端與巷道頂板（1）連接?；炷磷{泵（14）通過混凝土注漿管（6）給鋼管（7）中注入混凝土（8）?；炷磷{管（6）通過快速接頭（4）與橡膠軟管（13）連接，橡膠軟管（13）另一端與注漿孔（3）連接。當混凝土漿液從排氣孔（12）連續(xù)性溢出時，表明鋼管（7）內(nèi)已經(jīng)完全充滿混凝土（8）。

圖2所示，本發(fā)明所述的鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)的液壓千斤頂（11）直徑比鋼管（7）的內(nèi)徑小5cm。所述的鋼管（7）上下兩端焊接有大小相同的兩個圓形鋼板（17），其中上端頭圓形鋼板（17）焊接在距離鋼管（7）上部邊緣3cm的位置，空出的位置用來安放液壓千斤頂（11）。鋼管（7）上端留設有注漿孔（3）和排氣孔（12），排氣孔（12）的位置高于注漿孔（3）。鋼管混凝土墩柱施工過程中，鋼管（7）中的空氣通過排氣孔（12）排出。實際操作過程中可以將安設有壓力表（2）的液壓千斤頂（11）直接放置在鋼管（7）上端頭的圓形鋼板（17）上。

圖3所示，配套有壓力表（2）的液壓千斤頂（11）放置在鋼管（7）頂部預留的高度為3cm的限位槽（20）中，下端與焊接在鋼管（7）上端頭的圓形鋼板（17）接觸。其中液壓千斤頂（11）的直徑比鋼管（7）的內(nèi)徑小5cm。

圖4所示，本發(fā)明所述的鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)的注漿孔（3）與混凝土注漿管（6）快速連接方式具體為：注漿孔（3）外側(cè)焊接有可以通過混凝土漿液的空心螺絲（18），內(nèi)置有螺紋的橡膠軟管（13）一端與空心螺絲（18）連接，另一端通過快速接頭（4）與混凝土注漿管（6）連接。所述的橡膠軟管（13）中部位置安設有單向注液閥（19），可以防止混凝土漿液回流。

圖5所示，本發(fā)明所述的鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)的單體液壓支柱（21）緊貼鋼管（7）外壁沿鋼管（7）環(huán)向均勻布置3根。

如圖1至圖5所示，本發(fā)明所述的鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)的施工方法主要包括：（1）按照設計要求施工鋼管混凝土墩柱，首先對巷道底板（15）進行找平處理，通過焊接在鋼管（7）注漿孔（3）上的空心螺絲（18）將注漿孔（3）與橡膠軟管（13）連接。之后，將鋼管（7）沿垂直于巷道頂板（1）和巷道底板（15）連線的方向豎立起來，緊貼鋼管（7）外側(cè)沿鋼管（7）環(huán)向均勻支設3根單體液壓支柱（21）。檢查混凝土注漿泵（14）和混凝土注漿管（6）是否正常。一切正常后，通過快速接頭（4）將混凝土注漿管（6）與橡膠軟管（13）連接，完成準備工作。啟動混凝土泵（14）開始注漿。當留設在鋼管（7）上部的排氣孔（12）出現(xiàn)連續(xù)性混凝土漿液溢出時，停止注漿。拆掉與混凝土注漿管（6）一端連接的快速接頭（4），鋼管混凝土墩柱沿空留巷主動支護結(jié)構(gòu)中鋼管混凝土墩柱的施工結(jié)束；（2）將帶壓力表（2）的液壓千斤頂（11）放置在已經(jīng)施工完成的鋼管混凝土墩柱中鋼管（7）頂部的限位槽（20）中，調(diào)整位置，使液壓千斤頂（11）盡可能的與巷道頂板（1）保持水平；（3）啟動乳化液泵站（9）開始供液。乳化液通過乳化液輸送管（5）注入液壓千斤頂（11）的過程中隨時觀察安設在液壓千斤頂（11）上的壓力表（2），當壓力表（2）讀數(shù)達到1mpa時，停止加壓，第一次施加初撐力過程結(jié)束；（5）循環(huán)上述步驟，直至所有鋼管混凝土墩柱主動支護結(jié)構(gòu)具有1mpa的初撐力。（7）間隔一天后，對液壓千斤頂（11）進行二次施壓，當壓力表（2）讀數(shù)達到2mpa時停止加壓。至此，整個鋼管混凝土墩柱主動支護結(jié)構(gòu)施工完成，此時為最終提供的初撐力。所述的步驟（2）中液壓千斤頂?shù)陌惭b順序可以根據(jù)實際施工環(huán)節(jié)的技術(shù)要求進行適當調(diào)整，具體為：若巷道高度過高或頂板條件復雜，為避免液壓千斤頂（11）施工過程中對施工人員造成的潛在威脅，可以在步驟（1）架設鋼管（7）之前，提前將液壓千斤頂（11）安設至預留在鋼管（7）頂部的限位槽（20）中。所述的步驟（5）中提到二次施壓最終初撐力的大小可以根據(jù)實際工程條件進行調(diào)整，但是必須保證施加的最終初撐力不高于鋼管混凝土墩柱中混凝土（8）的同期強度，以避免對鋼管混凝土墩柱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生人為損壞。同時，若使用快凝早強混凝土，二次施壓可在混凝土墩柱施工結(jié)束后8小時開始進行。