大尺寸充填体强度强化与施工方法与流程

1.本发明涉及矿井充填技术领域，尤其涉及一种大尺寸充填体强度强化与施工方法。


背景技术：

2.阶段空场嗣后充填采矿法具有生产能力大等优点在倾斜或急倾斜厚大矿体的开采中得到了广泛应用，由于该方法划分为一步骤矿房和二步骤矿房，一步骤矿房开采结束后充填空区，然后开采两侧二步骤矿房，一步骤充填体两面临空两侧二步骤矿房采空区，所以存在受充填成本制约充填体强度本就有限难以自稳加之二步骤矿房开采爆破冲击破坏，一步骤充填体常常大量垮落，致使二步骤矿石混入增加、品位降低等不足或问题。此外，业内通常认为大尺寸充填体是指长宽高尺度较大或大的充填体。
3.未解决上述问题：中国专利cn 113431576a公开了“在一步骤与二步骤间留设1m左右的矿壁，以降低充填体混入至二步骤开采矿石内”的技术细节，但显然其损失了矿量；东北大学学报(自然科学版)，2018论文《双暴露面的阶段充填体孤柱需求强度模型及影响因素》公开了“通过增加一步骤充填体强度降低充填体破坏，降低充填体混入二步骤矿石内”的技术细节探讨，但其提高充填体强度显然增加了成本并且受二步骤爆破冲击，在一定范围内提高充填体强度难以避免充填体破坏。故目前行业内没有成熟技术能解决上述困难问题。
4.为此研发一种大尺寸充填体强度强化与施工方法就显得尤为迫切。


技术实现要素：

5.本发明的任务是为了克服现有技术的不足，提供一种大尺寸充填体强度强化与施工方法，它既能提高充填体稳定性，确保两侧二步骤矿房矿体开采充填体临空面不垮落，又能降低两侧二步骤矿房矿体开采混入和贫化。
6.本发明的任务是通过以下技术方案来完成的：
7.大尺寸充填体强度强化与施工方法，它包括一步骤矿房完成切割和凿岩工程后，在上部凿岩硐室与两侧二步骤矿房交界面施工上向锚杆和水平向锚杆悬挂和固定两侧对拉复合加强梁网卷体，并通过控制缆绳连接到非开采区域，待一步骤矿房内矿石回采结束后，从非开采区域切断控制缆绳让两侧对拉复合加强梁网卷体通过自重下落铺设在一步骤矿房与二步骤矿房之间，然后进行一步骤矿房空区充填，将两侧对拉复合加强梁网浇筑在充填体内作为骨架，在二步骤矿房开采时，因两侧对拉复合加强梁网的固结与阻拦作用、两侧梁网对拉形成总体抵抗侧滑与片帮阻止充填体向二步骤矿房空区垮落。
8.本发明与现有技术相比，具有以下优点或效果：
9.(1)提高了临空面稳定性。
10.(2)降低了二步骤矿房开采贫化率、混入率。
11.(3)减少了矿石开采成本。
附图说明
12.图1是依据本发明提出的一种大尺寸充填体强度强化与施工方法原理垂向示意图。
13.图2为图1所示方法i-i向剖面及其
ⅱ‑ⅱ
向与
ⅲ‑ⅲ
向剖面示意图。
14.图3为图1所示方法安装工艺平面示意图。
15.图4为图1所示方法一步骤充填体受力原理示意图。
16.附图中各标识分别表示：
17.1.全断面网 2.上部加强梁 3.中部加强梁 4.下部加强梁 5.垂向加强缆绳 6.上向锚杆 7.三角加固缆绳 8.中部对拉缆绳 9.下部对拉缆绳 10.缆绳连接头 11.一步骤矿房 12.二步骤矿房 13.上部矿体 14.下部矿体或充填体 15.上盘围岩 16.下盘围岩 17.水平向锚杆 18.控制缆绳 19.凿岩穿脉巷 20.穿孔
18.以下结合附图对本发明作进一步详细地描述。
具体实施方式
19.如图1-4所示，本发明的一种大尺寸充填体强度强化与施工方法，它包括但不限于一步骤矿房完成切割和凿岩工程后，在上部凿岩硐室与两侧二步骤矿房交界面施工上向锚杆(6)和水平向锚杆悬挂和固定两侧对拉复合加强梁网卷体，并通过控制缆绳(18)连接到非开采区域，待一步骤矿房(11)内矿石回采结束后，从非开采区域切断控制缆绳让两侧对拉复合加强梁网卷体通过自重下落铺设在一步骤矿房(11)与二步骤矿房(12)之间，然后进行一步骤矿房(11)空区充填，将两侧对拉复合加强梁网浇筑在充填体内作为骨架，在二步骤矿房(12)开采时，因两侧对拉复合加强梁网的固结与阻拦作用、两侧梁网对拉形成总体抵抗侧滑与片帮阻止充填体向二步骤矿房(12)空区垮落。
20.本发明的工艺可以进一步是：
21.所述两侧对拉复合加强梁网具体由两侧的全断面网(1)，上中下部加强梁(2，3，4)、垂向加强缆绳(5)及两侧间的上部三角加固缆绳(7)和中下部对拉缆绳(8，9)组成；上中下部加强梁(2，3，4)通过垂向加强缆绳(5)连接，并与全断面网(1)绑定；中部对拉缆绳(8)连接两侧中部加强梁(3)，下部对拉缆绳(9)连接两侧下部加强梁(4)；上部三角加固缆绳(7)一头连接两侧中部加强梁(3)，另一头通过锚杆悬挂；上中下部加强梁(2，3，4)均开垂向孔以穿过垂向加强缆绳，开水平孔以穿过三角加固缆绳(7)和中部、下部对拉缆绳(8，9)；由上中下部加强梁(2，3，4)、垂向加强缆绳(5)、全断面网(1)预先安装形成总体，并在中部加强梁(3)上安装中部对拉缆绳(8)和上部三条三角加固缆绳(7)缆绳连接头(10)，以中部加强梁(3)为中心将上部和下部加强梁(2，4)网对折重叠然后旋转成卷体，中部加强梁(3)位于中间，最外侧为上部和下部加强梁(2，4)，在两侧漏出中部对拉缆绳(8)和上部三角加固缆绳(7)缆绳连接头(10)。
22.所述两侧对拉复合加强梁网的安装：在一步骤矿房(11)上部凿岩硐室与两侧二步骤矿房(12)交界面施工上向锚杆(6)穿过上部加强梁(2)吊挂复合加强梁网，在凿岩硐室走向中央施工上向锚杆(6)吊挂上部三角加固缆绳(7)并与两侧上部三角加固缆绳(7)缆绳连接头(10)连接对拉，中部对拉缆绳(8)和两侧中部对拉缆绳(8)缆绳连接头(10)连接对拉，下部对拉缆绳(9)穿过两侧下部加强梁(4)对拉，施工水平向锚杆(17)固定控制缆绳一端，
并使控制缆绳穿过两侧对拉复合加强梁网卷体，控制缆绳另一端传递到非开采区域；待一步骤矿房(11)开采结束后，切断非开采区域内控制缆绳，使所述两侧对拉复合加强梁网卷体自重下落铺设在一步骤矿房(11)与二步骤矿房(12)交界面。
23.所述全断面网(1)采用钢丝网，以降低重量，提高强度。
24.所述上部、中部、下部加强梁(2，3，4)都采用钢管，对半切割成两半，将全断面网夹在钢管中间穿孔通过螺栓连接。
25.所述垂向加强缆绳(5)、三角加固缆绳(7)、中下部对拉缆绳(8，9)、控制缆绳(18)都采用钢丝绳。
26.所述上向锚杆(6)、水平向锚杆(17)都采用玻璃钢锚杆。
27.所述两侧对拉复合加强梁网的安装，沿矿体厚度方向两侧对拉复合加强梁网多个拼装，以方便安装。
28.实施例
29.本实施例中矿体平均厚度50m，平均倾角75
°
，采用大直径深孔阶段空场嗣后充填法开采，一步骤、二步骤矿房宽度均为20m，阶段高度100m，在50m处增设凿岩水平，施工下向孔落矿。
30.预先加工复合加强梁网，全断面网(1)采用冷拔钢丝网，钢丝φ2.2mm，网孔规格6mm菱形网，抗拉强度50kn，单重为1.3kg/
㎡
，单卷长度50m、宽度10m；上、中、下部加强梁(2、3、4)采用φ100、ψ3mm钢管；垂向加强缆绳、三角加固缆绳、中部对拉缆绳、下部对拉缆绳、控制缆绳(5、7、8、9、18)采用φ11mm钢丝绳。将上、中、下部加强梁(2、3、4)钢管对半切开，将全断面网(1)夹在两半钢管间通过卡扣卡紧，采用螺栓将两半钢管锁紧，网采用2卷网在中部加强梁(3)内拼接。在上、中、下部加强梁(2、3、4)两端各开1个垂向孔(20)并安装垂向加强缆绳(5)，在上部加强梁(2)两端各开1个垂向孔(20)作为上向锚杆(6)穿过孔，在中部加强梁(3)两端各开2个水平孔(20)并安装三角加固缆绳(7)和中部对拉缆绳(8)的缆绳连接头(10)。以中部加强梁(3)为中心，将上述加工好的复合加强梁网卷成卷材。
31.上向锚杆(6)、水平向锚杆(17)采用φ16mm、l＝1500mm玻璃钢锚杆，将加工好的复合加强梁网卷材和垂向加强缆绳、三角加固缆绳、中部对拉缆绳、下部对拉缆绳、控制缆绳(5、7、8、9、18)、上向锚杆(6)、水平向锚杆(17)等运至井下作业场所。
32.在100m标高凿岩硐室完成切割井和下向炮孔施工后，在凿岩硐室内一步骤矿房走向两侧施工上向锚杆(6)穿过上部加强梁(2)上垂向孔(20)锚固至上部矿体(13)内吊挂复合加强梁网；施工水平锚杆(17)锚固至上盘围岩(15)和下盘围岩(16)内，采用控制缆绳(18)轴向穿过复合加强梁网中部加强梁(3)并连接水平锚杆(17)安装复合加强梁网卷材，控制缆绳(18)一头延伸至非开采区域凿岩穿脉巷(19)内。在凿岩硐室内一步骤矿房走向中央施工上向锚杆(6)安装三角加固缆绳(7)，并与两侧中部加强梁(3)上缆绳连接头(10)连接，同时将中部对拉缆绳(8)与两侧中部加强梁(3)上缆绳连接头(10)连接，穿过下部加强梁(4)上水平孔(20)安装下部对拉缆绳(9)，完成两侧复合加强梁网对拉安装。
33.按常规工艺开采一步骤矿房并完成出矿后，人员在非开采影响区域凿岩穿脉巷(19)内切断对拉缆绳(8)，使复合加强梁网卷材在重力作业下自行下落而铺设在一步骤与二步骤矿房交界面附近，然后进行充填作业，待充填体凝固后，进行两侧二步骤矿房开采。
34.两侧二步骤矿房开采过程及开采后未充填前，一步骤充填体受力原理图如图4所
示，主要受垂直应力影响，导致充填体产生塑性变形向两侧二步骤空区滑落，因两侧对拉复合加强梁网存在，对拉缆绳形成与充填体变形破坏方向相反的水平拉力，防止充填体破坏滑落；在充填体中部，水平作用力最大，同时受重力影响，存在铅垂应力，通过三角加固缆绳产生反作用力加以克服，防止充填体破坏滑落，从而有效提高充填体稳定性。
35.如上所述，便可较好地实现本发明。上述实施例仅为本发明最佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替换、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。