在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属矿山开拓领域，特别涉及一种在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]溜破系统建设是金属矿山重要的开拓工程，溜破系统是金属矿山生产中矿石运输的重要通道，也是储存和转运矿石的咽喉要道。相比煤矿，金属矿山采用溜破系统放矿具有节省转运设备、不用提升、生产管理方便、生产能力大等特点。在整个金属矿山的建设过程中溜破系统的建设时间长、难度大，而且隐含着大量施工事故风险。为了加快溜破系统的施工进度，往往上、下水平的溜槽及矿仓需要同时施工，这样一来，上一个水平的溜槽及矿仓施工过程中产生的岩石可能会落入下一水平的溜槽及矿仓，从而威肋到下一水平的安全掘进，因此必须在上、下水平的溜槽及矿仓的连接处设法一道抵抗岩石冲击的封堵结构。该封堵结构必须能抵抗上水平岩石的动力冲击，因此该封堵结构应该具有一定的抗岩石瞬时的冲击性，同时该封堵结构应具有一定的抗岩石静压的能力。
[0003]现有技术大多直接采用混凝土墙作为上、下水平的封堵结构，然而实践发现这种混凝土墙不能长期抵抗岩石的冲击，往往使用一段时间后，混凝土墙便发生破裂，为了保证下水平的安全施工必须对破裂混凝土墙进行修补，否则上水平的岩石会落入下水平的溜槽及矿仓中，严重威胁到下水平溜槽及矿仓的施工安全。在溜破系统建设过程中混凝土墙封堵结构要进行多次修补甚至要多次重建。这样一来，不仅存在大量未知安全隐患(不明确知道混凝土封堵结构何是时破裂)，而且会在大大地耽搁了施工工期。设计一种能长期抗岩石瞬时的冲击性，岩石静压的作用封堵结构，对于金属矿山的建设具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供一种安全可靠、实用高效、使用寿命长的在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构，并提供一种在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构的施工方法。
[0005]本发明解决上述问题的技术方案是:一种在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构，包括工字钢架、钢板，所述工字钢架竖直固定在硐室内，工字钢架靠近下水平溜槽的一侧设有砌体封堵墙，工字钢架靠近上水平溜槽的另一侧设有竖直的钢板，所述钢板靠近工字钢架一侧设有枕木，枕木上设有多个空穴，所述钢板与工字钢架之间设有多个弹簧，弹簧的一端固接在工字钢架上，弹簧的另一端穿过枕木的空穴固定在钢板上，每个弹簧外均套有钢套管，钢套管的一端固接在工字钢架上，另一端穿设于枕木的空穴内且与钢板之间留有空隙，所述枕木与砌体封堵墙之间的空间内填充有破碎矸石，形成破碎矸石充填层。
[0006]上述在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构中，所述硐室的顶板、底板及两帮上均匀设有若干岩窝，工字钢架包括若干根水平工字钢和若干根竖直工字钢，所有的水平工字钢位于同一垂直平面内且相互平行，所有的竖直工字钢位于同一垂直平面内且相互平行，所述水平工字钢焊接在竖直工字钢靠钢板侧，水平工字钢的两端分别插入硐室两帮的岩窝中，竖直工字钢的两端分别插入硐室顶板和底板的岩窝中。
[0007]上述在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构中，所述硐室的顶板和底板上的岩窝与两帮的岩窝分别处于前后两个垂直平面内，并且布置在底板、顶板的所有岩窝的位置与布置在两帮的所有岩窝的位置错开一个工字钢高度。
[0008]上述在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构中，所述砌体封堵墙内设有若干压力传感器。
[0009]上述在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构中，所述的多个弹簧从上而下依次横向布置在钢板与工字钢架之间。
[0010]上述在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构中，所述钢板的尺寸与硐室断面尺寸相同。
[0011]—种在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构的施工方法，步骤如下:
(1)安装工字钢架:在上水平的溜槽、下水平的溜槽之间的硐室内竖直设置工字钢架；
(2)安装钢板和枕木:用一块与硐室断面等尺寸的钢板封闭硐室断面，在钢板靠近工字钢架一侧设置枕木，枕木上开设多个空穴；
(3)安装弹簧和钢套管:在钢板与工字钢架之间设置多个弹簧，每个弹簧外包裹钢套管，用螺栓将每个弹簧的两端分别与钢板、工字钢架连接起来，钢套管的一端固定在工字钢架上，钢管的另一端穿设于枕木的空穴内且与钢板之间预留空隙；
(4)设置砌体封堵墙和破碎矸石充填层:在工字钢架的外侧砌成砌体封堵墙，在砌体封堵墙内设置多个压力传感器，用破碎矸石充填砌体封堵墙与枕木之间的空间，形成破碎矸石充填层。
[0012]上述在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构的施工方法，所述步骤(1)中，首先在硐室两帮从上而下每隔lm相对设置一组岩窝，同时在硐室顶板、底板每隔lm也相对设置一组岩窝，然后将水平工字钢的两端分别插入硐室两帮水平相对的岩窝内，将竖直工字钢的两端分别插入硐室顶板和底板竖直相对的岩窝内，并且使水平工字钢紧贴竖直工字钢，接着将水平工字钢和竖直工字钢焊接起来，最后用素混凝土填满各岩窝的内部空间，完成工字钢架的安装。
[0013]上述在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构的施工方法，所述步骤(1)中，顶板、底板所有岩窝和两帮所有岩窝分别处于前后两个垂直平面内，并且布置在底板、顶板的所有岩窝的位置与布置在两帮的所有岩窝的位置错开一个工字钢高度。
[0014]上述在建溜破系统抗岩石冲击的封堵结构的施工方法，所述步骤(4)中，砌成砌体封堵墙的过程中，砌体封堵墙逐步封堵硐室断面，每封堵lm的高度，用破碎矸石充填砌体封堵墙与枕木之间的空间，形成破碎矸石充填层，直至将整个硐室断面封堵。
[0015]本发明相对现有技术产生的有益效果是:
1、本发明从右至左依次设置钢板、枕木、破碎矸石充填层和砌体封堵墙，上水平的溜槽及矿仓落下的岩石冲击钢板，在冲击力作用下弹簧和破碎矸石均压缩变形，冲击力一部分能通过弹簧传递给工字钢架，一部分冲击力通过钢板、枕木和破碎矸石充填层最终传递给砌体封堵墙，由于所述破碎矸石充填层的存在，在冲击力的作用下破碎矸石发生压缩变形，而消耗了大量的冲击能，最终传给砌体封堵墙的冲击力大大减少，施加于砌体封堵墙的冲击力大为降低，提高了封堵结构的安全可靠性，能够有效地抗岩石瞬时的冲击性、岩石静压的作用；
2、本发明在砌体封堵墙内侧预埋压力传感器，能够实时检测岩石冲击砌体封堵墙的压力大小，获得砌体封堵墙的安全度，为确保砌体封堵墙安全可靠运行提供实时的技术数据。
【附图说明】
[0016]图1为本发明封堵结构的剖面示意图。
[0017]图2为本发明封堵结构的施工位置示意图。
[0018]图3为本发明的工字钢架安装示意图。
[0019]图4为本发明的工字钢架中水平工字钢与竖直工字钢的搭接示意图。
[0020]图5为本发明的枕木布置位置示意图。
[0021]图中:1、封堵结构；2、上水平溜槽；3、岩块；4、下水平溜槽；5、钢板；6、枕木；7、破碎矸石；8、砌体封堵墙；9、工字钢架；10、压力传感器；11、钢管套；12、弹簧；13、空穴；14、底板；15、顶板；16、岩窝；17、螺栓I ;18、围岩；19、两帮；20、螺栓II ;21、硐室；22、水平工字钢；23、竖直工字钢。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0023]如图1、图2所示，本发明的封堵结构1包括工字钢架9、钢板5、枕木6、破碎矸石7、弹簧12、砌体封堵墙8、压力传感器10及它们之间的连接件:钢管套11、螺栓I 17、螺栓II 20。在硐室21的顶板15、底板14及两帮19上设有10个岩窝16，其中两帮19上对称设置3组(6个)，顶板15和底板14上对应设置2组(4个)，岩窝16的深度大于50cm，所述硐室21的顶板15和底板14上的岩窝16与两帮19的岩窝16分别处于前后两个垂直平面内，并且布置在底板14顶板15的所有岩窝16的位置与布置在两帮19的所有岩窝16的位置错开一个工字钢高度；如图3所示，工字钢架9包括若干根水平工字钢22和若干根竖直工字钢23，所有的水平工字钢22位于同一垂直平面内且相互平行，所有的竖直工字钢23位于同一垂直平面内且相互平行，所有工字钢的两翼垂直于水平面，所述水平工字钢22焊接在竖直工字钢23靠钢板5侧，如图4所示。水平工字钢22的两端分别插入硐室21两帮19的岩窝16中，竖直工字钢23的两端分别插入硐室21的顶板15和底板14的岩窝16中。
[0024]工字钢架9靠近下水平溜槽4的一侧离工字钢架50cm处设有370mm厚的砌体封堵墙8，砌体封堵墙8内从下而上每间隔lm高度设置一个压力传感器10，工字钢架9靠近上水平溜槽2的另一侧设有尺寸与硐室21断面尺寸相同的竖直钢板5，钢板5距工字钢架9不少于1.5m，所述钢板5靠近工字钢架9 一侧设有枕木6，枕木6的断面尺寸为40 X 20cm，枕木6上设有二排共6个空穴13，所述钢板5与工字钢架9之间从上而下依次横向布置设有二排共6个弹簧12，每个弹簧12外均套有钢套管11，弹簧12的一端固接在工字钢架9上，弹簧12的另一端穿过枕木6的空穴13并固定在钢板5上，所述钢套管11的内径比弹簧12的外径大2cm，钢套管11的一端固接在工字钢架9上，另一端穿设于枕木6的空穴13内且与钢板5之间留有不少于10cm的空隙，以确保上水平溜槽2的岩块冲击钢板5能压缩弹簧4而产生位移；所述枕木6与砌体封堵墙8之间的空间内填充有破碎矸石7，形成破碎矸石7充填层。
[0025]封堵结构的工作原理如下:上水平溜槽2落下的岩块3冲击钢板5，在冲击力作用下弹簧12和破碎矸石7均压缩变形，弹簧12将一部分冲击力传递给工字钢架9，同时一部分冲击力通过钢板5、枕木6和破碎矸石7充填层最终传递给砌体封堵墙8，由于所述破碎矸石7充填层的存在，在冲击力的作用下破碎矸石7发生压缩变形，而消耗了大量的冲击能