一种煤矿液压支架底板同步膜袋注浆装置及注浆方法

1.本发明涉及一种煤矿液压支架底板同步膜袋注浆装置及注浆方法，属于软弱底板煤层开采技术领域。


背景技术：

2.在软弱底板煤层开采过程中，由于底板较为松软，底板的比压过大、刚度过低，无法有效支撑液压支架，加之液压支架移架间隔时间较长，故经常发生液压支架下沉量大，甚至出现液压支架陷入底板的事故，继而引发支架对顶板支护强度大大降低，发生局部冒顶，严重影响了采煤工作面安全生产。
3.对于此种情况，目前常用的方法有两种，一是通过垫长木料来控制支架陷底，但存在人工作业强度高、木料与底板接触面有限、提供支架初撑力低的问题；二是在刮板运输机边缘焊接三角铁楔，移架时支架底座可沿三角铁楔的斜面浮起，虽然三角铁楔可随刮板运输机前移，但受到频繁高强度承载后，易发生变形损坏而脱困失效，因此，上述方法都无法有效解决软弱底板煤层过程中液压支架陷入底板的问题。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种煤矿液压支架底板同步膜袋注浆装置及注浆方法，该注浆装置和和注浆方法能够有效解决软弱底板煤层开采过程中液压支架陷入底板的问题，保证采煤工作面安全生产。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种煤矿液压支架底板同步膜袋注浆装置，包括安装于刮板运输机临空侧的膜袋卷筒，所述膜袋卷筒的转动方向与刮板运输机的前进方向保持一致或相反；
6.在膜袋卷筒上沿其轴向缠绕有多节膜袋，各节膜袋的一端均开设有与膜袋内部空腔连通的注浆口，另一端均开设有与膜袋内部空腔连通的出浆口，相邻膜袋之间的注浆口和出浆口之间通过各段注浆管路进行连通，其中，第一段注浆管路与注浆泵连通；
7.在所述各节膜袋内部靠近中部的位置设有多条限定绳，各条限定绳沿膜袋内壁径向胶接；各节膜袋的两端为折叠状。
8.进一步地，所述的膜袋卷筒与刮板运输机临空侧同侧的机体之间的角度为30～60
°
。
9.进一步地，每节膜袋的长度最小不低于液压支架底座长度的0.5倍，最大不超过液压支架底座长度的1.5倍；各节膜袋的两端呈∑型折叠状；各节膜袋上开设的注浆口均位于膜袋的中部位置。
10.进一步地，每节膜袋内的限定绳数量为4～12根，限定绳将其所在段的膜袋形状限定成为梅花形或者矩形，相邻限定绳之间的距离为0.5～1.5m。
11.进一步地，所述注浆泵设置在超前采煤工作面50～100m处。
12.一种煤矿液压支架底板同步膜袋注浆装置的注浆方法，包括如下步骤：
13.a.通过多段注浆管路将各相邻膜袋的注浆口和出浆口进行串联，使多节膜袋与注浆泵连通后，以第一节膜袋作为起始端，顺序缠绕于膜袋卷筒上；
14.b.将末端膜袋作为铺设于液压支架下方底板上的起始膜袋，随着液压支架推进刮板运输机前进，膜袋以膜袋卷筒为旋转轴不断旋转脱离膜袋卷筒，并在液压支架的作用下，平铺于液压支架行进处下方的底板上；
15.c.液压支架停止行进后，启动注浆泵，通过第一段注浆管路将注浆材料从步骤b中所述的起始膜袋的注浆口输送至起始膜袋中部位置，在限定绳的作用下，注浆材料向起始膜袋两端定向流动，直至将起始膜袋的两端充满注浆材料，多余的注浆材料从起始膜袋的出浆口不断向前注入其余膜袋
……
，直至注浆材料进入需注浆的最后一节膜袋，并将其两端充满，停止注浆；
16.d.注浆完成后，待注浆材料结石，拔出注浆管路，液压支架抬升底座，前移到位后，注浆膜袋对顶板进行支撑。
17.进一步地，所述的步骤a中，注浆管路与膜袋的注浆口和出浆口之间通过快接口进行连接，连接顺序为：第一段注浆管路的入口端与注浆泵出口连通，第一段注浆管路的出口端与末端膜袋的注浆口连通，第二段注浆管路的入口端与末端膜袋的出浆口连通，第二段注浆管路的出口端和与末端膜袋相邻的膜袋注浆口连通，
……
，直至连通至第一节膜袋。
18.进一步地，所述的步骤c中，当底板强度在5～10mpa时，膜袋注浆材料采用早强混凝土或高分子浆材，每节膜袋的注浆量为0.1～2.00m3，终止注浆压力为0.3～0.5mpa，注浆材料结石体的1天单轴抗压强度大于15mpa；膜袋材质为高强度聚酯纤维，拉伸强度大于800kn/m。
19.本发明通过在刮板输送机与液压支架相对的临空侧安装膜袋卷筒，膜袋卷筒的转动方向与刮板运输机的前进方向保持一致或相反，膜袋卷筒上沿其轴向缠绕有多节膜袋，各节膜袋之间通过多段注浆管路进行连接，第一段注浆管路与注浆泵连接；各节膜袋内部靠近中部的位置设有多条限定绳，各条限定绳沿膜袋内壁径向胶接，各节膜袋的两端为折叠状，注浆时，注浆泵通过第一段注浆管路将注浆材料注入第一节膜袋中，注浆材料在限定绳的限定作用下从膜袋中部向两边的折叠部定向流动，直至将折叠部全部打开，随着注浆材料的不断注入，多余的注浆材料从第一节膜袋的出浆口通过第二段注浆管路进入第二节膜袋的中部位置，以此循环，直至注浆材料进入末节膜袋并将其两端充满，待注浆材料结石，拔出注浆管路，液压支架抬升底座，前移到位后，注浆膜袋对顶板进行支撑，膜袋在注浆压力作用下铺展开，与底板的接触面积更大，通过减少底板比压实现了降低液压支架陷底的风险；注浆材料结石体强度高，膜袋有一定的侧限作用，提高了注浆材料的刚度，相当于人工为液压支架构建坚硬底板，减少了液压支架下沉量；另外，膜袋注浆有一定的注浆压力，施加给液压支架底座一定的托举力，实现了液压支架陷底后的主动脱困，膜袋的使用减少了串浆、冒浆、跑浆现象，且在刮板运输机安装机膜袋卷筒和注浆管路，膜袋卷筒与注浆管路随刮板运输机同步移动，不影响现有的采煤、移架等工序，总之，本发明两边折叠-内部约束的特制膜袋与液压支架底板同步的膜袋注浆设计，解决了“三软”煤层液压支架底座下沉量大的难题，同时作业强度低、工艺简单、可靠度高，尤其适用于软弱底板长距离采煤作业，保证了采煤工作面安全生产。
附图说明
20.图1是本发明的结构示意图；
21.图2是膜袋与注浆管路以及注浆泵之间的连接关系示意图；
22.图3是膜袋注浆之前的结构示意图；
23.图4是膜袋注浆之后的结构示意图。
24.图中：1、刮板运输机，2、膜袋卷筒，3、煤层，4、膜袋，5、注浆口，6、出浆口，7、注浆管路，8、注浆泵，9、限定绳，10、液压支架，11、底板，12、注浆材料。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明作进一步说明。
26.如图1所示，一种煤矿液压支架底板同步膜袋注浆装置，包括安装于刮板运输机1临空侧的膜袋卷筒2，所述膜袋卷筒2的转动方向与刮板运输机1的前进方向保持一致或相反；与膜袋卷筒2临空侧相对的另一侧为煤层3；
27.如图1、图2所示，在膜袋卷筒2上沿其轴向缠绕有多节膜袋4，各节膜袋4的一端均开设有与膜袋内部空腔连通的注浆口5，另一端均开设有与膜袋内部空腔连通的出浆口6，相邻膜袋之间的注浆口5和出浆口6之间通过各段注浆管路7进行连通，其中，第一段注浆管路7与注浆泵8连通；
28.如图3所示，在所述各节膜袋4内部靠近中部的位置设有多条限定绳9，各条限定绳9沿膜袋4内壁径向胶接；各节膜袋4的两端为折叠状。
29.作为一种优选的实施方式，所述的膜袋卷筒2与刮板运输机1临空侧同侧的机体之间的角度为30～60
°
。
30.为了保证膜袋4使用的有效性，每节膜袋4的长度最小不低于液压支架10底座长度的0.5倍，最大不超过液压支架10底座长度的1.5倍；为了增大膜袋4与底板11的接触面积，各节膜袋4的两端呈∑型折叠状；为了便于控制注浆材料12从中部向两端定向流动，各节膜袋4上开设的注浆口5均位于膜袋的中部位置。
31.作为一种优选的实施方式，每节膜袋4内的限定绳9数量为4～12根，限定绳9将其所在段的膜袋形状限定成为梅花形或者矩形，相邻限定绳9之间的距离为0.5～1.5m。
32.作为一种优选的实施方式，所述注浆泵8设置在超前采煤工作面50～100m处。
33.一种煤矿液压支架底板同步膜袋注浆装置的注浆方法，包括如下步骤：
34.a.通过多段注浆管路7与各相邻膜袋4的注浆口5和出浆口6进行串联，使多节膜袋4与注浆泵8连通后，以第一节膜袋4作为起始端，顺序缠绕于膜袋卷筒2上；
35.b.将末端膜袋4作为铺设于液压支架10下方底板11上的起始膜袋4，随着液压支架10推进刮板运输机1前进，膜袋4以膜袋卷筒2为旋转轴不断旋转脱离膜袋卷筒2，并在液压支架10的作用下，平铺于液压支架10行进处下方的底板11上；
36.c.液压支架10停止行进后，启动注浆泵8，通过第一段注浆管路7将注浆材料12从步骤b中所述的起始膜袋的注浆口5输送至起始膜袋中部位置，在限定绳9的作用下，注浆材料12向起始膜袋两端定向流动，直至将起始膜袋的两端充满注浆材料12，多余的注浆材料12从起始膜袋的出浆口6不断向前注入其余膜袋
……
，直至注浆材料12进入需注浆的最后一节膜袋，并将其两端充满，停止注浆；
37.d.如图4所示，注浆完成后，待注浆材料12结石，拔出注浆管路7，液压支架10抬升底座，前移到位后，注浆膜袋4对顶板进行支撑。
38.为了便于注浆管路7与膜袋4之间的连接，所述的步骤a中，注浆管路7与膜袋4的注浆口5和出浆口6之间通过快接口进行连接，连接顺序为：第一段注浆管路7的入口端与注浆泵8出口连通，第一段注浆管路7的出口端与末端膜袋的注浆口5连通，第二段注浆管路7的入口端与末端膜袋的出浆口6连通，第二段注浆管路7的出口端和与末端膜袋相邻的膜袋注浆口5连通，
……
，直至连通至第一节膜袋。
39.步骤c中，当底板11强度在5～10mpa时，为避免影响采煤速度，膜袋注浆材料12采用早强混凝土或高分子浆材，每节膜袋4的注浆量为0.1～2.00m3，终止注浆压力为0.3～0.5mpa；注浆材料12结石体的1天单轴抗压强度大于15mpa；膜袋材质为高强度聚酯纤维，拉伸强度大于800kn/m。
40.在底板11强度大于10mpa时，仅采用膜袋4保护液压支架10底座，无需灌注注浆材料12。