专利名称：空场开采嗣后充填采空区的钢丝绳胶结充填体的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属矿床地下开采技术领域，具体是空场开采嗣后充填采空区的钢丝绳胶结充填体。
背景技术：
采矿方法是金属矿床地下开采的核心技术，主要包括空场采矿法、崩落采矿法和充填采矿法三大类。其中充填采矿法可将选矿排放的尾矿、采掘过程中排出的废石等回填采空区，使得这种采矿方法不仅具有矿石回收率高、回采作业安全等优点，还解决了工业废料地表排放的难题，保护了地表环境。因此，充填采矿法是一种绿色、环保可持续的采矿方法，具有广阔的发展前景。充填采空区是充填采矿方法重要的工艺环节。根据回采工艺不同，采空区充填分为边采边充和采后一次充填(空场开采嗣后充填)两种方式。前者不仅将充填体用于控制采场地压，同时还用作工作平台；后者充填体仅用于控制采场地压，具有充填体积大、周期长的特点。利用充填体作为人工矿柱支撑采空区顶板，维护回采作业的安全，是充填采矿法最大限度地回收矿石，实现安全生产的根本保障。不论那种充填方式最重要的目的都是控制采场地压，因此，充填体必须具有足够的强度。传统的提高充填体强度的方法，是向充填料中添加水泥或具有胶结性能的水泥代用材料。由于水泥价格高，多数矿山水泥代用材料来源困难，加上用量巨大，使得充填采矿法成本高，限制了它的使用范围。为了降低充填成本，生产实际中在充填料中添加的水泥，或水泥代用材料往往较少，使得充填体的抗压强度一般较低，大都在2. OMPa以下。前面讲的还只是抗压强度，实际上充填体在作为人工矿柱，支撑采空区顶板维护回采作业安全的过程中，由于充填体的形状各异和原岩应力的不同，其受力情况非常复杂，往往是充填体除 整体承受压应力外，经常还在一些局部区域承受拉应力。因此，充填体仅具有抗压强度是不够的，在有些情况下还必须具有一定的抗拉强度，才能保持采空区的稳定，维护回采作业的安全。而提高充填体的抗拉强度，仅依靠向充填料添加水泥或水泥代用材料是远远不够的。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种可增加胶结充填体的整体抗拉强度和稳定性的空场开采嗣后充填采空区的钢丝绳胶结充填体。本实用新型是这样实现的钢丝绳胶结充填体是在尾砂胶结充填体或废石胶结充填体内布置钢丝绳的结构体。钢丝绳胶结充填体是利用钢丝绳较高的抗拉强度，增加胶结充填体的抗拉强度。钢丝绳在胶结充填体内的布置方式、密度及钢丝绳的抗拉强度，根据充填体的受力情况而定。既可均匀布置钢丝绳以增加胶结充填体的整体抗拉强度和稳定性，也可根据充填体内拉应力的分布情况，有选择性地布置钢丝绳以增加充填体局部区域的抗拉强度。
图I是本实用新型的钢丝绳均匀布置尾砂胶结充填体示意图。图2是本实用新型的钢丝绳非均匀布置尾砂胶结充填体示意图。图3是本实用新型的钢丝绳均匀布置废石胶结充填体与尾砂充填体相结合示意图。图中，I一运输巷道,2—装矿巷道,3 —钢丝绳,4一尾砂I父结充填体,5 —未米矿体，6—切顶凿岩巷道，7—顶板岩层锚固钢丝绳，8—废石胶结充填体，9一崩下矿石，10—尾砂充填体。
具体实施方式
采矿作业中根据空场开采嗣后充填(采后一次充填)采矿工艺，本实用新型的钢丝绳胶结充填方法，是在胶结充填体内布置钢丝绳，形成钢丝绳胶结充填体，以提高充填体的抗拉强度。钢丝绳胶结充填技术可能采取下述三种实施方式。实施例I :如图I所示，先在采空区内均匀布置钢丝绳之后进行尾砂胶结充填，这种布置方式可大幅度提高充填体竖直方向的抗拉强度，从整体上增加充填体的稳定性。也可采用废石胶结充填，由于充填体强度更高与钢丝绳结合更紧密，加固效果更好。实施例2:如图2所示是钢丝绳非均匀布置尾砂胶结充填的情况。从图中可看到，当充填体右边矿房崩下的矿石出完，充填体右边界(充填体左边界将来)将处于临空状态，其表面附近区域存在较大的拉应力，如果这部分区域不布置钢丝绳，将可能由于抗拉强度不足而遭破坏，进而从整体上影响矿房顶板岩层的稳定性。因此，针对充填体存在较大拉应力的区域，布置钢丝绳增加这部分区域的抗拉强度，有利于从整体上提高充填体的稳定性，维护回采作业的安全。此外，采用这种非均匀分布方式还可减少钢丝绳用量，降低成本提高作业效率。好可脂用废石胶结充填，只是这种充填体强度更高，加固效果更好。实施例3:如图3所示是钢丝绳均匀布置废石胶结充填与尾砂充填相结合的情况。这种充填方式是在充分考虑两种充填体，不同的力学特性和工艺特点的基础上设计的。废石胶结充填体强度高稳定性好，但充填工艺复杂、效率低，适合充填体积较小、充填体受力较大的空区。为此，对可能出现拉应力的部分充填体，采用废石胶结充填。这样既减少了废石胶结充填量，又发挥了这种充填体强度高稳定性好的优点；废石胶结充填余下的空区虽然体积较大，但处于封闭状态，充填体仅受压，完全可采用尾砂充填。这种充填方式自动化程度高、充填能力大，加上不用添加水泥，充填成本可大幅度降低，能达到低成本、快速充填采空区，控制采场地压扩散的目的。与前述相同，为了提高废石胶结充填体的抗拉强度，充填体里面也要布置钢丝绳，布置方式可采用均匀布置和局部布置。在上述实施例中，钢丝绳在采空区顶部的固定安装主要采用长锚索技术，这种技术主要用于地表的边坡和采场顶板岩层加固。先在岩层内打孔，然后，将钢丝绳插入孔底并注入砂浆，使钢丝绳与岩层凝为整体。其加固原理是利用伸入孔底的钢丝绳较高的抗拉强度，增加边坡或顶板岩层的抗拉强度，具有修复边坡或采场顶板岩层构造破坏(特别是预应、力锚索)，使之形成完整岩层的作用。这是一种成熟、常用的岩层加固技术，在本实用新型中主要用于将钢丝绳的上端固定在采空区顶板岩层内。钢丝绳安装在切顶凿岩巷道内进行。首先根据钢丝绳胶结充填体的受力情况，进行理论分析和计算以确定钢丝绳的抗拉强度、安装位置、密度以及插入顶板岩层中的锚固深度。施工的第一步是按锚固深度在采空区顶板上打孔，将钢丝绳的一端插入孔底，并注入砂浆，下垂钢丝绳的长度按充填空区的高度确定，一般钢丝绳的底端距离空区底板的高度，要大于采场内残留矿石的堆积高度。当所有需要安装的钢丝绳锚固安装完成，第二步是将下垂的钢丝绳紧贴巷道顶板牵拉到空区的边界，用锚杆钩将钢丝绳固定在作业人员能够进入的边界巷道内。然后，在切顶凿岩巷道内进行大直径深孔凿岩爆破，当崩下的矿石出完，第三步就可在空区内下放钢丝绳。钢丝绳的下端要牵挂重锤，其作用是使放入空区内的钢丝绳，在重力作用下能够悬吊拉直。下放钢丝绳的作业必须按次序进行，以避免钢丝绳之间的相互干扰。最后的工作是密闭空区，安装排水设施，实施充填。如果是废 石胶结充填，还要留有运输充填料出入的通道，最后还需用尾砂胶结充填料进行接顶充填。
权利要求1.一种空场开采嗣后充填采空区的钢丝绳胶结充填体，其特征在于钢丝绳胶结充填体是在尾砂胶结充填体或废石胶结充填体内布置钢丝绳的结构体。
2.根据权利要求I所述的空场开采嗣后充填采空区的钢丝绳胶结充填体，其特征在于钢丝绳在尾砂胶结充填体或废石胶结充填体内采用均匀布置或非均匀布置结构。
专利摘要本实用新型是空场开采嗣后充填采空区的钢丝绳胶结充填体。钢丝绳胶结充填体是在尾砂胶结充填体或废石胶结充填体内布置钢丝绳的结构体。钢丝绳在尾砂胶结充填体或废石胶结充填体内采用均匀布置或非均匀布置结构。本实用新型利用钢丝绳较强的抗拉强度来提高充填体的抗拉强度，以提高充填体的稳定性。采用本实用新型充填采空区，生产作业安全、矿石回收率高，具有绿色环保的特点。
文档编号E21C41/16GK202370521SQ20112042711
公开日2012年8月8日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者余健, 吕振江, 吴东旭, 孙宏生, 李德, 汪德文, 艾春龙 申请人:中南大学, 玉溪矿业有限公司