组合支架盾构式全面采矿法的制作方法

本申请属矿山技术领域。

技术背景：

本申请的采矿方法主要用于水平-缓倾斜的薄-中厚矿体；对这类矿体，非煤矿山现行的采矿方法主要是全面法、房柱法和壁式崩落法，煤矿则主要采用液压支柱综采法；全面法、房柱法的主要缺陷是矿柱损失和采空区遗留隐患，壁式崩落法的主要缺陷是支柱承载能力较低和回收不安全，液压支柱综采法的缺陷是不适应非煤矿山的爆破法开采；本申请的组合支架盾构式全面采矿法，旨在克服上述采矿方法的局限性，利用组合支架的超强支撑能力和较强抗破损能力，实现能适应机械法和爆破法作业的无损失贫化或极低损失贫化的全面法高效开采。

技术实现要素：
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组合支架的结构原理：组合支架是现场组装的，它的主要骨架由底盘5、顶盘8、凿岩平台6、升降平台7、立柱9和结构撑10组成；它的升降支撑系统主要由上套筒11、下套筒14、升降螺母12、压力轴承13和支撑螺杆15组成；顶盘8通过垫木垫板支撑顶板围岩，以求持力均匀，上套筒11固定在顶盘8的下面，用于支撑螺杆15插入并向顶盘施加支撑力；升降平台7的下面固定有下套筒14，上面的对应部位设置压力轴承13和升降螺母12，支撑螺杆15穿过下套筒14、升降平台7、压力轴承13和升降螺母12插入上套筒11，上套筒11和下套筒14只是用于限位，升降和支撑的主构件是升降螺母12和支撑螺杆15；升降作业利用升降平台7完成，具体做法是：在升降平台上临时设置千斤顶，先用千斤顶将顶盘升起适宜高度，再用升降螺母提升并锁固支撑螺杆，可反复多次，直至提升到需要高度，下降作业依然；凿岩平台6主要用于安装凿岩机具16，对采空区顶板穿凿中深孔，强制崩落围岩，另外也可以在凿岩平台上设置牵引机构，用于组合支架的整体移位；底盘5承载整个组合支架及其负载，它带有两条承重滑轨，承重滑轨放置在滑道4中，可以沿滑道移动，滑道4是随机铺设和回收的；立柱9和结构撑10是组合支架的主要承重和稳定骨架，结构撑根据组合支架的稳定性需求在多部位安装，附图中未全部画出；立柱是整个组合支架的关键元件，设计用高强度合金钢管充填轻质混凝土、树脂或其他固体胶结材料制作分节立柱，再用法兰组装；防护棚3是可以随机安装和拆卸的前伸式防护设施，在组合支架上预置安装接口即可；挡石栅17也是可拆卸式防护设施，主要防护采空区崩落的废石，在组合支架的后部和左右两侧均可设置安装接口；另外，爆破落矿时，需要用防护板对组合支架进行遮护，防护板可以挂设在组合支架上，也可以视爆破情况随机摆放，防护板是另外一种工具，附图中未画出；根据理论计算，采用混凝土或树脂等固体胶结材料充填的钢管支柱，其承载能力是相同规格液压支柱的3～5倍，直径220mm/壁厚12mm固体充填式立柱的承载能力可达350吨以上；因此，制作承载能力千吨甚至两千吨以上高强度组合支架不是难事。

支护、采矿与地压管理：组合支架盾构式全面采矿法的采场布置与壁式崩落采矿法大同，组合支架用于支护作业线顶板和防护采空区崩落的废石，组合支架的间距和作业线的空顶宽度根据围岩稳定性、落矿方法、采场运输机具等综合条件确定；组合支架的移位跟进方法是：间隔跟进，每幅组合支架移位时，要确保两侧组合支架的支护功能充分可靠，并利用两侧组合支架作为固定装置进行移位；浅孔爆破法落矿时，应采取以下防护措施：由底板拉开切割槽上向爆破落矿，最小抵抗线必须避开组合支架，组合支架必须用防护板遮护；推荐采用机械式采矿法，方法是：液压钻孔和液压涨裂法落矿，移动式切割机划分涨裂段，液压冲击镐剥削顶板；采场地压管理的方法是：合理控制和调节作业线空顶宽度以及组合支架的间距，确保可靠的支撑和防护；若采空区顶板不能自然崩坍时，立即用中深孔爆破法强制崩落，确保采场地压合理释放。

组合支架盾构式全面采矿法的主要技术特点：其一，与煤矿山液压支柱综采法相比，钢管充填式立柱结构的组合支架具有更强大的承载能力和良好的抗冲击破坏特性，能适应更深部高地压的采矿活动，能适应非煤矿种的爆破法开采；其二，与现行全面法和房柱法两种采矿方法相比，组合支架盾构式全面采矿法无矿柱损失，能在支护稳定的作业条件下进行精细开采，从而实现损失率和贫化率接近零的指标；其三，与现行壁式崩落法相比，组合支架的承载能力是常规支柱的几十倍，组合支架对作业空间的支护更安全稳定，组合支架的现场跟进移动与长期反复使用更可靠方便，组合支架崩落处理采空区的措施更稳妥安全；其四，组合支架利用千斤顶升降和施加预应力，利用升降螺母和支撑螺杆实现长期承载，利用垫板垫木与支撑螺杆结合来调节支护高度，整体结构简单，容易加工制作，降低支护成本，现场操作简便，能适应中小矿山。

附图说明：

图1中，A——A是采矿进路横剖面图，B——B是局部纵剖面图，图中标注符号的意义如下：

1——矿体， 2——顶板围岩， 3——防护棚，

4——滑道， 5——底盘， 6——凿岩平台，

7——升降平台， 8——顶盘， 9——立柱，

10——结构撑， 11——上套筒， 12——升降螺母，

13——压力轴承， 14——下套筒， 15——支撑螺杆，

16——凿岩机具， 17——挡石栅。

具体实施方法

采准方法：由中段运输巷或联络巷起始，沿矿体倾斜或伪倾斜方向，紧贴矿体底板上山掘进采准巷，并根据围岩稳定情况临时支护；后退式挑顶扩帮，安装组合支架；若同时拉开两条作业线时，则安设双排组合支架；工作线(或曰采矿进路)与组合支架的排线平行，退采方向为组合支架排线的法线方向；回采工作线空顶宽度的控制：回采工作线的采矿作业面宽度一般应控制在4米内，组合支架排线与稳定矿壁之间的最大距离应控制在8米内或由顶板围岩稳定性决定；当工作线长度过大时，组合支架排线要划分多个分段，逐段跟进，以减少大跨度空顶的时间；组合支架跟进移位方法：清理整平底板并捡撬顶板，在待移动的组合支架前方铺设滑道，利用两侧固定的组合支架伸出撑杆作支点，将待移动组合支架的牵引绳挂设在支点上牵引滑动，也可以在前方矿体中用锚杆设置支点；组合支架移动前要用千斤顶卸载，顶盘下降到适宜高度，要严格监测卸载后的顶板变形，采取临时防护措施，移位后的滑道及时回收；每次跟进移位，组合支架的排列要保持规范有序，每幅组合支架的预应力要保持平衡；采空区顶板强制或诱导崩落方法：采空区顶强制或诱导板崩落在组合支架排线跟进移位并固定支撑后进行；强制崩落就是利用组合支架的凿岩平台，对采空区顶板穿凿中深孔，于落矿爆破同时，进行爆破崩落；诱导崩落就是选择采空区顶板的开裂失稳部位，利用简易撑杆敷设明药包，进行诱导崩落爆破。