巷道分层袋式自立充填挡墙构筑方法与流程

本发明涉及矿山采矿技术领域，特别地，涉及一种矿山采空区充填前空区出口封堵用的大断面巷道分层袋式自立充填挡墙构筑方法。

背景技术：

充填采矿法被越来越多的矿山采用，大规模矿山普遍采用较大的采场结构参数，如阶段空场嗣后充填，国内矿山阶段高度已达到120m以上；再者，为了提高生产效率，地下矿山多采用大型化的采矿装备进行开采，井下矿山铲运机斗容已达到10m³以上，为了达到机械设备的运行和安全要求，巷道断面要求极大，这都给空区封堵带来了极大的困难。

矿山充填采矿法中的挡墙构筑，用于采空区充填前空区出口的封堵。空区充填密闭墙作为关键生产环节，将充填区与工作区隔离，以防止空区充填料浆漏浆、跑浆等问题，空区充填密闭墙的安全可靠性对井下工作人员、设备及正常生产是极其重要的安全保障。

充填挡墙的构筑形式主要有：砖结构挡墙、木结构挡墙、混凝土挡墙、钢结构等。其中，砖木结构挡墙一般适用于小断面巷道，混凝土和钢结构挡墙可以应用于大断面巷道挡墙的构筑。

现有的充填挡墙具有以下缺点：

1、构筑形式大多为板状，挡墙的抗倾覆性能差；由于挡墙沿巷道轴线方向的长度一般较短，抗剪切能力差；薄板状充填挡墙抗弯性能差，不能满足大断面巷道安全需求。

2、充填料浆脱水速度慢，凝结时间长，充填料浆在采场内长时间呈液态状态，为矿山井下生产带来重大安全隐患。

3、施工周期长。造成采场综合生产能力低，另一方面，空区不能及时充填，造成空区垮冒、矿柱片帮损伤，影响资源回采的安全性和回采率。

4、材料运输量大。挡墙构筑数量多，位置分散，挡墙强度要求高，因此挡墙构筑所需材料量大。

5、劳动强度大。挡墙构筑位置作业空间狭小，很难采用机械化作业。如混凝土挡墙的构筑，多采用人工搅拌混凝土，人工利用铁锹等工具将混凝土铲入模具内，当挡墙高超过一定限度时，还要经过人工倒运。

6、充填挡墙支挡材料消耗大，大断面挡墙要求极高的支护强度，需消耗大量的木材和钢材，由于受充填料浆以及井下恶劣环境的腐蚀影响，回收难度极大，往往不能回收，或回收后的可利用性差，造成资源严重浪费。

7、接顶密闭效果差。提高挡墙的密闭性，现有构筑方法一般是在挡墙中部预留人孔，挡墙构筑完成后，工人通过人孔进入挡墙空区侧，采用喷射混凝土填筑挡墙四周。该技术施工的工艺复杂，施工在空区侧进行，作业环境极差；并且喷射混凝土养护差，与岩面接触不严密，封闭效果得不到保障，因此不能有效的防止漏浆。

技术实现要素：

本发明提供了一种巷道分层袋式自立充填挡墙构筑方法，以解决现有充填挡墙构筑方法，施工工艺复杂、施工工期长、安全性差和造价高的技术问题。

本发明提供一种巷道分层袋式自立充填挡墙构筑方法，采用袋式充填法进行构筑，采取阶梯堆坝式分层构筑工艺，挡墙无需围挡支护而自立，包括以下步骤：a、实测挡墙位置断面；b、根据挡墙断面形状划分分层，并设计各个分层布置的充填袋的外形以及长宽尺寸；c、按照划分的分层，将按设计定制的充填袋依次铺设；d、将脱水管和充填管对应安装固定在充填袋上；e、采用充填料浆由下至上依次对各个充填袋进行充填，直至最上部的充填袋充填并接顶，形成充填挡墙；f、挡墙养护达到设计强度。

进一步地，步骤b的充填袋设计具体为：充填袋外形按照巷道的断面形状设计为立方体、长方体或其它与巷道断面形状相适应的多边形棱体；充填袋的长度：根据巷道断面的高度确定，巷道断面高度越大，充填袋长度越大，充填袋的长度为1m～10m；充填袋的宽度：根据巷道的挡墙构造位置的断面最大宽度确定，充填袋宽度大于断面最大宽度10cm～20cm；充填袋高度为0.2m～3m。

进一步地，充填袋两端留有脱水管袖口，脱水管袖口的直径根据脱水管直径确定，脱水管袖口直径为50mm～150mm；充填袋一端留有用于充填料浆进料的料浆进料袖口，料浆进料袖口的直径根据充填管直径确定，料浆进料袖口直径为50mm～150mm。

进一步地，根据挡墙强度要求，在充填袋中部留有一个或多个用于装配挡墙加强支柱的支柱袖口。

进一步地，充填袋的材料采用土工编制布或滤水不透骨料的膜材加工制得。

进一步地，步骤b的分层方式具体为：根据设计的充填袋，采用阶梯堆坝式分层构造工艺沿挡墙构造位置的断面高度方向划分分层；下层挡墙分层长度大于上层挡墙分层沿巷道轴向方向的长度，相应的下层的充填袋长度大于上层的充填袋长度，上下层之间呈阶梯型设计划分分层，上下层错距为0.1m～1m。

进一步地，步骤c的填充袋铺设具体为：按照划分的分层，将按设计定制的充填袋按照从下至上和先长后短的顺序铺设在挡墙构造位置。

进一步地，步骤d中脱水管和充填管的安装具体为：将脱水管贯穿充填袋上相对布置的脱水管袖口并与充填袋固定，将充填管插入料浆进料袖口并与充填袋固定。

进一步地，步骤e具体为：采用充填料浆通过充填管灌入充填袋内；首先对最下分层的充填袋进行充填，然后依次向上充填；在最上分层的充填袋充填料浆时，在充填料浆内添加膨胀剂，通过充填料浆的膨胀效果以实现充填挡墙的完全接顶。

进一步地，在充填料浆内添加速凝剂以缩短充填料浆凝结的时间。

本发明具有以下有益效果：

本发明巷道分层袋式自立充填挡墙构筑方法，具有安全性好、构筑效率高、劳动强度小，封闭效果好，成本低等特点。

提高了构筑效率，挡墙构筑时只需按照设计，将充填袋铺设在待构筑巷道内或空区出口处，即可开始充填，无需安装其它支挡设备，降低了挡墙施工的复杂程度。

采用充填系统制备的充填料浆，利用管道输送直接充填形成挡墙，省去人工搬运材料等大量体力劳动。充填系统制备能力大，有利于缩短构筑时间。

提高了挡墙安全性能，采用阶梯堆坝式分层构筑工艺，挡墙无需增设其它支护，同时能够增强挡墙的抗倾覆性能，能够满足大断面巷道挡墙构筑要求。

提高了采场充填料浆脱水速度，通过脱水管便于观察采场充填空区的充填情况，充填料浆过挡墙前可以通过脱水管的情况观察料面的高度，有利于及时掌握采场充填情况，防止发生安全事故。通过设置脱水管，有利于提高采场的脱水速度。

降低了成本，充填料浆的成本一般远低于混凝土、砖等砌筑成本。另一方面挡墙充填是整个空区充填的一部分，有利于成本的分摊。充填袋采用低廉的膜材加工，成本低。

封闭效果好，适应性强，充填袋为柔性膜材，在充填料浆重力作用下，能够严密的与巷道帮壁贴合，能够适应任何断面形状。巷道顶板位置充填时，采用膨胀材料或利用充填主管道压力，能够实现全面接顶。

适用于构筑任何形状和大断面的挡墙、封闭墙和隔离墙。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的巷道分层袋式自立充填挡墙构筑方法的示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是本发明优选实施例的加支柱的巷道分层袋式充填挡墙构筑方法的示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本发明优选实施例的不带脱水管袖口的充填袋的结构示意图；

图6是本发明优选实施例的带脱水管袖口的充填袋的结构示意图；

图7是本发明优选实施例的带脱水管及支柱袖口的充填袋的结构示意图。

图例说明：

1、充填袋；2、脱水管；3、充填管；4、脱水管袖口；5、料浆进料袖口；6、挡墙加强支柱；7、支柱袖口；8、巷道底板；9、巷道顶板；10、巷道帮壁；11、脱水布；12、采场充填脱水管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的巷道分层袋式自立充填挡墙构筑方法的示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是本发明优选实施例的加支柱的巷道分层袋式充填挡墙构筑方法的示意图；图4是图3的A-A剖视图；图5是本发明优选实施例的不带脱水管袖口的充填袋的结构示意图；图6是本发明优选实施例的带脱水管袖口的充填袋的结构示意图；图7是本发明优选实施例的带脱水管及支柱袖口的充填袋的结构示意图。

如图1和图2所示，本实施例的巷道分层袋式自立充填挡墙构筑方法，采用袋式充填法进行构筑，采取阶梯堆坝式分层构筑工艺，挡墙无需围挡支护而自立，包括以下步骤：a、实测挡墙位置断面；b、根据挡墙断面形状划分分层，并设计各个分层布置的充填袋1的外形以及长宽尺寸；c、按照划分的分层，将按设计定制的充填袋1依次铺设；d、将脱水管2和充填管3对应安装固定在充填袋1上；e、采用充填料浆由下至上依次对各个充填袋1进行充填，直至最上部的充填袋1充填并接顶，形成充填挡墙；f、挡墙养护达到设计强度。本发明巷道分层袋式自立充填挡墙构筑方法，具有安全性好、构筑效率高、劳动强度小，封闭效果好，成本低等特点。提高了构筑效率，挡墙构筑时只需按照设计，将充填袋1铺设在待构筑巷道内或空区出口处，即可开始充填，无需安装其它支挡设备，降低了挡墙施工的复杂程度。采用充填系统制备的充填料浆，利用管道输送直接充填形成挡墙，省去人工搬运材料等大量体力劳动。充填系统制备能力大，有利于缩短构筑时间。提高了挡墙安全性能，采用阶梯堆坝式分层构筑工艺，挡墙无需增设其它支护，同时能够增强挡墙的抗倾覆性能，能够满足大断面巷道挡墙构筑要求。提高了采场充填料浆脱水速度，通过脱水管2便于观察采场充填空区的充填情况，充填料浆过挡墙前可以通过脱水管2的情况观察料面的高度，有利于及时掌握采场充填情况，防止发生安全事故。通过设置脱水管2，有利于提高采场的脱水速度。降低了成本，充填料浆的成本一般远低于混凝土、砖等砌筑成本。另一方面挡墙充填是整个空区充填的一部分，有利于成本的分摊。充填袋1采用低廉的膜材加工，成本低。封闭效果好，适应性强，充填袋1为柔性膜材，在充填料浆重力作用下，能够严密的与巷道帮壁10贴合，能够适应任何断面形状。巷道顶板9位置充填时，采用膨胀材料或利用充填主管道压力，能够实现全面接顶。适用于构筑任何形状和大断面的挡墙、封闭墙和隔离墙。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实施例中，步骤b的充填袋1设计具体为：充填袋1外形按照巷道的断面形状设计为立方体、长方体或其它与巷道断面形状相适应的多边形棱体。根据巷道断面形状设计相应的充填袋1的外形结构，并且使充填袋1的高度方向和宽度方向的尺寸大于巷道断面尺寸，在充填袋1的充填料浆充填过程中使得充填袋1分别与相邻充填袋1、巷道底板8、巷道顶板9以及巷道帮壁10进行全方位的贴合，以避免空区充填料浆漏浆、跑浆等问题。其它与巷道断面形状相适应的多边形棱体，可以为方台体、多边形台体、梯形台体、锥体等等。充填袋1的长度：根据巷道断面的高度确定，巷道断面高度越大，充填袋1长度越大。充填袋1的长度为1m～10m。充填袋1的宽度：根据巷道的挡墙构造位置的断面最大宽度确定。充填袋1宽度大于断面最大宽度10cm～20cm。充填袋1高度为0.2m～3m。能够方便单个充填袋1的制作、运输以及铺设，能够减少现场铺设的工作量，同时满足料浆充填后的相互紧密接触固接的结构稳定性。挡墙构筑时只需按照设计，将充填袋铺设在待构筑巷道内或空区出口处，即可开始充填，无需安装其它支挡设备，降低了挡墙施工的复杂程度。采用充填系统制备的充填料浆，利用管道输送直接充填形成挡墙，省去人工搬运材料等大量体力劳动。充填系统制备能力大，有利于缩短构筑时间。充填料浆可以添加速凝剂缩短凝结时间。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实施例中，充填袋1两端留有脱水管袖口4。脱水管袖口4的直径根据脱水管2直径确定。脱水管袖口4直径为50mm～150mm。可以适应于不同管径的脱水管2装配，可以选择合适管径的脱水管对采场空区充填料浆进行料浆脱水；同时方便对采场空区充填料浆进度的观察。充填袋1一端留有用于充填料浆进料的料浆进料袖口5。料浆进料袖口5的直径根据充填管3直径确定。料浆进料袖口5直径为50mm～150mm。可以适应于不同管径的充填管3装配，同时可以根据充填袋1的大小选择不同管径的充填管3，以加快施工速度。提高采场充填料浆脱水速度，便于观察充填情况。在充填袋上布置脱水管袖口4，脱水管2可以直接穿过脱水管袖口4，有利于提高采场的脱水速度。充填料浆过挡墙前可以通过脱水管的情况观察料面的高度，有利于及时掌握采场充填情况，防止发生安全事故。

如图3、图4和图7所示，本实施例中，根据挡墙强度要求，可在充填袋1中部留有一个或多个用于装配挡墙加强支柱6的支柱袖口7。

本实施例中，充填袋1的材料采用土工编制布或滤水不透骨料的膜材加工制得。充填袋采用滤水不透骨料的膜材加工，有利于加速料浆的脱水速度，缩短料浆凝结硬化速度。充填袋为柔性膜材，在充填料浆重力作用下，能够严密的与巷道帮壁贴合，能够适应任何断面形状。巷道顶板位置充填时，采用膨胀材料或利用充填主管道压力，能够实现全面接顶。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，步骤b的分层方式具体为：根据设计的充填袋1，采用阶梯堆坝式分层构造工艺沿挡墙构造位置的断面高度方向划分分层。下层挡墙分层长度大于上层挡墙分层沿巷道轴向方向的长度。相应的下层的充填袋1长度大于上层的充填袋1长度。上下层之间呈阶梯型设计划分分层。上下层错距为0.1m～1m。采用阶梯堆坝式分层构筑工艺，挡墙无需增设其它支护，同时能够增强挡墙的抗倾覆性能，能够满足大断面巷道挡墙构筑要求。能够提高挡墙安全性能。采用阶梯堆坝式分层构筑工艺，挡墙无需增设其它支护，同时能够增强挡墙的抗倾覆性能，能够满足大断面巷道挡墙构筑要求。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，步骤c的填充袋铺设具体为：按照划分的分层。将按设计定制的充填袋1按照从下至上和先长后短的顺序铺设在挡墙构造位置。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，步骤d中脱水管2和充填管3的安装具体为：将脱水管2贯穿充填袋1上相对布置的脱水管袖口4并与充填袋1固定。将充填管3插入料浆进料袖口5并与充填袋1固定。提高采场充填料浆脱水速度，便于观察充填情况。在充填袋上布置脱水管袖口4，脱水管2可以直接穿过脱水管袖口4，有利于提高采场的脱水速度。充填料浆过挡墙前可以通过脱水管的情况观察料面的高度，有利于及时掌握采场充填情况，防止发生安全事故。可选地，脱水管2朝向采场采空区料浆充填区域的一端设有脱水布11，以防止采场采空区料浆充填区域的充填料浆流入脱水管2内。可选地，采场采空区料浆充填区域进行料浆充填时，将采场充填脱水管12接通在脱水管2上，采空区的充填料浆借用充填袋1的脱水管2进行料浆脱水。

如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，步骤e具体为：采用充填料浆通过充填管3灌入充填袋1内。首先对最下分层的充填袋1进行充填，然后依次向上充填。在最上分层的充填袋1充填料浆时，在充填料浆内添加膨胀剂，通过充填料浆的膨胀效果以实现充填挡墙的完全接顶。

本实施例中，在充填料浆内添加速凝剂以缩短充填料浆凝结的时间。

实施时，提供一种巷道分层袋式自立充填挡墙构筑方法，具体实施步骤如下：

(1)实测挡墙位置井巷断面图或待充填空区出口形状

(2)充填袋设计加工

充填袋外形为立方体或其它与巷道断面相适应的棱体。

充填袋长度：根据巷道断面的高度确定，巷道断面高度越大，充填袋长度越大，为1m～10m；充填袋宽度：根据待构筑位置断面最大宽度确定，充填袋宽度等于巷道断面宽度加10cm～20cm；充填袋高度：0.2m～3m。

充填袋两端留脱水管袖口，袖口直径根据脱水管直径确定，为50mm～150mm；充填袋一端留充填料浆进料袖口，袖口直径根据充填管直径确定，为50mm～150mm。

根据挡墙强度要求，可在充填袋中部留支柱加强袖口。

充填袋材料为土工编制布或滤水不透骨料的膜材加工。

(3)充填

采取阶梯堆坝式分层构筑工艺，沿挡墙构筑位置断面高度方向划分分层，下层挡墙沿巷道轴线方向的长度大于上层，即下层的充填袋长度大于上层的充填袋长度，上下层之间呈阶梯型，上下层错距为0.1m～1m。

施工时，将定制加工的充填袋，按照从下至上，先长后短的顺序铺设在待充填巷道内。将脱水管道穿过设计对应的脱水袖口，充填管道插入充填进料袖口，采用铁丝捆扎。充填准备完成后，首先对最下分层的充填袋进行充填，然后依次向上充填。采用充填料浆灌入充填袋，为了缩短充填料浆凝结时间，充填料浆内添加速凝剂。最上部靠近顶板的充填袋充填时，添加膨胀剂，以实现充填挡墙的完全接顶。

(4)充填挡墙养护

充填挡墙养护达到设计强度，即可开始空区充填作业。

本发明巷道分层袋式自立充填挡墙构筑方法：(1)提高构筑效率。挡墙构筑时只需按照设计，将充填袋铺设在待构筑巷道内或空区出口处，即可开始充填，降低了挡墙施工的复杂程度。(2)采用充填系统制备的充填料浆，利用管道输送直接充填形成挡墙，省去人工搬运材料等大量体力劳动。充填系统制备能力大，有利于缩短构筑时间。充填料浆可以添加速凝剂缩短凝结时间。充填挡墙充填构筑后，可以立即开展空区的充填作业。(3)提高挡墙安全性能。采用阶梯堆坝式分层构筑工艺，挡墙无需增设其它支护，同时能够增强挡墙的抗倾覆性能，能够满足大断面巷道挡墙构筑要求。(4)提高采场充填料浆脱水速度，便于观察充填情况。在充填袋上布置脱水管袖口，脱水管可以直接穿过袖口，有利于提高采场的脱水速度。充填料浆过挡墙前可以通过脱水管的情况观察料面的高度，有利于及时掌握采场充填情况，防止发生安全事故。(5)充填袋采用滤水不透骨料的膜材加工，有利于加速料浆的脱水速度，缩短料浆凝结硬化速度。(6)降低成本。充填料浆的成本一般远低于混凝土、砖等砌筑成本；另一方面挡墙充填是整个空区充填的一部分，有利于成本的分摊。(7)封闭效果好，适应性强。充填袋为柔性膜材，在充填料浆重力作用下，能够严密的与巷道帮壁贴合，能够适应任何断面形状。巷道顶板位置充填时，采用膨胀材料或利用充填主管道压力，能够实现全面接顶。(8)综上所述，该方法具有安全性好、构筑效率高、劳动强度小，封闭效果好，成本低等特点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。