适用于上向水平进路充填法的分层充填体保护装置及方法

1.本发明涉及采矿充填技术领域，特别是指一种适用于上向水平进路充填法的分层充填体保护装置及方法。


背景技术：

2.充填法开采是主要的采矿方法之一，尤其对于金矿资源，充填法比例达到90％以上。由于我国金矿体通常规模较小，因此上向水平进路充填法占据主导地位。
3.上向水平进路充填法实施时，通常将矿体由下向上划分为若干分段，每个分段包含若干分层，分层高度通常3～4m，开采一个分层后，进行充填，保留1m的空顶距，作为下个水平开采的空间，下水平开采时，人员和设备直接在充填体上进行操作。为提高开采效率，通常在充填结束后3～7天后进行下分层的施工，然而此时充填体强度通常＜2mpa，承载力较低，若此时直接在充填体上方进行施工，分层充填体受到矿石的频繁冲击和设备的频繁碾压，极易发生大范围破坏，造成最终充填体强度的大幅度降低，一方面影响开采安全，一方面造成相邻进路开采时的损失贫化率变大，降低开采效益。
4.目前关于分层充填体防护的技术成果较少，主要针对相邻进路开采时，如何降低对充填体的爆破扰动进行研究。
5.一种防止进路充填体垮塌的爆破方法及防护勾花网结构中公开了一种二步骤开采时，降低充填体爆破垮塌的炮孔布置形式及防护网，但该方案无法降低下分层开采对分层充填体的扰动。一种减小回采二步采矿房充填体垮落的爆破出矿方法中无法降低下分层开采对分层充填的扰动。


技术实现要素：

6.本发明为解决目前分层充填体受扰动程度高、破碎程度高，造成整体强度降低等问题，提供一种适用于上向水平进路充填法的分层充填体保护装置及方法。
7.该装置包括承重结构、转动结构和滑动槽，承重结构包括中部和两翼，中部厚度大于两翼，两翼与采场两帮不接触，两翼上预留螺栓通道，中部正下方通过固定螺栓连接承重钢板，承重钢板中心连接液压支柱，液压支柱另一端连接在和承重钢板规格相同的钢板上，转动结构包括支架、转轴、法兰垫片、滚轮和滚轮制动插销，支架一侧通过螺栓连接转轴，滚轮通过法兰垫片安装在转轴上，转轴上设置滚轮制动插销，支架上预留螺栓固定通道，连接螺栓穿过螺栓通道和螺栓固定通道将承重结构和支架固定连接，滑动槽设置在采场的分层充填体两侧沿长度方向铺设的木板上，转动结构成对对称布置在采场分层充填体的两侧，转动结构的滚轮至于滑动槽中，支架通过垫板置于木板上。
8.其中，承重结构采用混凝土浇筑，等级不低于c30；承重结构两翼厚度≥20cm，长度≤50cm，中部厚度≥40cm。
9.承重钢板面积不小于1m
×
1m，在四角通过固定螺栓与承重结构连接固定。
10.转动结构整体长度小于承重结构两翼长度，支架高度超出承重结构两翼和中部厚
度差不小于10cm，支架的宽度和长度相等，在20cm和30cm之间。
11.转轴采用实心钢柱制作，直径≥10cm。
12.滑动槽采用16#以上槽钢制作。
13.该装置的应用方法，包括步骤如下：
14.s1：分层充填，养护3天后，拆除挡墙，进入采场后，首先在采场两侧铺设木板，沿采场长度方向铺满，铺设木板时，保持平直，保持处于同一水平；
15.s2：将滑动槽沿采场长度方向铺设，滑动槽之间的宽度根据承重结构宽度确定，滑动槽铺设时，保持平直；
16.s3：将承重结构、转动结构运至现场，将转动结构放置在两侧滑动槽中，通过连接螺栓将承重结构和转动结构连接固定，由采场外侧将连接好的结构沿滑动槽推至采场内侧，将滚轮制动插销插入孔内，防止发生移动，通过液压设备驱动液压支柱，使下方承重钢板充分与充填体接触；在支架和下方木板之间塞入木质垫板，使两者充分接触，采用相同的方法，由外向内逐一安装固定；当采场最外侧长度不足以布置一个承重结构时，停止布置承重结构，铺设碎石，碎石层高度与承重结构一致；布置结束后，周边的缝隙通过碎石填充；
17.s4：上水平进行落矿开采，铲运机出矿，出矿结束后，首先将最外侧碎石及落入槽钢滑槽中的碎石清理干净，将最外侧结构推至采场入口，分别将承重结构和转动结构的连接螺栓取出，将两者分离，然后对液压支柱卸压，将承重结构取出，再将转动结构取走，按照相同的方法，由外向内逐一拆除，取出；取出所有承重结构、转动结构后，再分别将滑动槽、木板取出，修筑挡墙，进行充填作业。
18.s1中木板宽度＞50cm。
19.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
20.上述方案中，采用模块化结构，可根据采场结构，灵活进行拼装，结构简单，安装迅速。整体结构可重复利用，承重能力大，可对下方充填体进行充分的保护，防止充填体受到频繁碾压与矿石冲击。
附图说明
21.图1为本发明的适用于上向水平进路充填法的分层充填体保护装置采场布置俯视图；
22.图2为图1中a
‑
a剖面示意图；
23.图3为本发明的承重结构平面图；
24.图4为图3中b
‑
b剖面示意图；
25.图5为本发明的转动结构示意图。
26.其中：1
‑
承重结构；2
‑
滚轮；3
‑
碎石；4
‑
滑动槽；5
‑
分层充填体；6
‑
垫板；7
‑
连接螺栓；8
‑
木板；9
‑
固定螺栓；10
‑
螺栓通道；11
‑
液压支柱；12
‑
承重钢板；13
‑
支架；14
‑
法兰垫片；15
‑
转轴；16
‑
滚轮制动插销；17
‑
螺栓固定通道。
具体实施方式
27.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
28.本发明提供一种适用于上向水平进路充填法的分层充填体保护装置及方法。
29.如图1和图2所示，该装置包括承重结构1、转动结构和滑动槽，承重结构1包括中部和两翼，中部厚度大于两翼，两翼与采场两帮不接触，两翼上预留螺栓通道10，如图3和图4所示，中部正下方通过固定螺栓9连接承重钢板12，承重钢板12中心连接液压支柱11，液压支柱11另一端连接在和承重钢板12规格相同的钢板上，如图5所示，转动结构包括支架13、转轴15、法兰垫片14、滚轮2和滚轮制动插销16，支架13一侧通过螺栓连接转轴15，滚轮2通过法兰垫片14安装在转轴15上，转轴15上设置滚轮制动插销16，支架13上预留螺栓固定通道17，连接螺栓7穿过螺栓通道10和螺栓固定通道17将承重结构1和支架13固定连接，滑动槽4设置在采场的分层充填体5两侧沿长度方向铺设的木板8上，转动结构成对对称布置在采场分层充填体5的两侧，转动结构的滚轮2至于滑动槽4中，支架13通过垫板6置于木板8上。
30.该装置的应用方法，包括步骤如下：
31.s1：分层充填，养护3天后，拆除挡墙，进入采场后，首先在采场两侧铺设木板8，沿采场长度方向铺满，铺设木板时，保持平直，保持处于同一水平；
32.s2：将滑动槽4沿采场长度方向铺设，滑动槽4之间的宽度根据承重结构1宽度确定，滑动槽4铺设时，保持平直；
33.s3：将承重结构1、转动结构运至现场，将转动结构放置在两侧滑动槽4中，通过连接螺栓7将承重结构1和转动结构连接固定，由采场外侧将连接好的结构沿滑动槽4推至采场内侧，将滚轮制动插销16插入孔内，防止发生移动，通过液压设备驱动液压支柱11，使下方承重钢板12充分与充填体接触；在支架13和下方木板8之间塞入木质垫板6，使两者充分接触，采用相同的方法，由外向内逐一安装固定；当采场最外侧长度不足以布置一个承重结构1时，停止布置承重结构，铺设碎石3，碎石层高度与承重结构一致；布置结束后，周边的缝隙通过碎石填充；
34.s4：上水平进行落矿开采，铲运机出矿，出矿结束后，首先将最外侧碎石及落入槽钢滑槽中的碎石清理干净，将最外侧结构推至采场入口，分别将承重结构和转动结构的连接螺栓取出，将两者分离，然后对液压支柱卸压，将承重结构取出，再将转动结构取走，按照相同的方法，由外向内逐一拆除，取出；取出所有承重结构、转动结构后，再分别将滑动槽、木板取出，修筑挡墙，进行充填作业。
35.下面结合具体实施例予以说明。
36.具体设计中，承重结构采用混凝土浇筑，等级不低于c30。承重结构长度根据采场进路宽度确定，通常4～5m，且不与采场两帮接触，宽度3～4m。承重结构两翼薄，中间厚，两翼厚度≥20cm，长度≤50cm。中间部分厚度≥40cm。根据支架尺寸，在两翼四周适当位置保留螺栓通道。在承重结构的中间部分安装承重钢板，钢板面积不小于1m
×
1m，在四角通过固定螺栓与承重结构连接固定，承重钢板与液压支柱连接，液压支柱另一端与同规格型号钢板连接。
37.转动结构采用混凝土浇筑，根据承重结构尺寸加工。包括支架，转轴，法兰垫片，滚轮及制动插销。转动结构整体长度小于承重结构两翼长度，支架部分高度超出承重结构两翼和中间部分厚度差不小于10cm，宽度和长度相等，在20cm和30cm之间。转轴采用实心钢柱制作，直径≥10cm，与钢板焊接，通过螺栓将转轴与支架固定，根据支架和转轴的尺寸，选择
滚轮的尺寸，通过法兰垫片与滚轮安装，在滚轮适当位置布置制动插孔，通过插销实现滚轮的制动。
38.滑动槽采用槽钢制作，一般采用16#以上槽钢。
39.具体应用中，步骤如下：
40.①
首先进行分层充填，养护3天后，拆除挡墙。进入采场后，首先在采场两侧铺设木板，木板宽度应＞50cm，沿采场长度方向铺满。铺设木板时，应保持平直，尽量保持处于同一水平，高差过大时，对下方充填体进行适当平整。
41.②
将槽钢沿采场长度方向铺设，槽钢之间的宽度根据承重结构宽度确定，槽钢铺设时，应尽量保持平直，避免过大高差。
42.③
将承重结构、转动结构运至现场，将转动结构放置在两侧槽钢中，通过连接螺栓将承重结构和转动结构连接固定，由采场外侧将连接好的结构沿槽钢滑动槽推至采场内侧，将制动插销插入孔内，防止发生移动。通过液压设备驱动液压支柱，使下方承重钢板充分与充填体接触。在支架和下方木板之间塞入木质垫板，使两者充分接触。采用相同的方法，由外向内逐一安装固定。当采场最外侧长度不足以布置一个承重结构时，停止布置承重结构，铺设碎石，碎石层高度与承重结构一致。
43.布置结束后，周边的缝隙通过碎石填充。
44.④
上水平进行落矿开采，铲运机出矿，出矿结束后，首先将最外侧碎石及落入槽钢滑槽中的碎石清理干净，将最外侧结构推至采场入口，分别将承重结构和转动结构的连接螺栓取出，将两者分离，然后对液压支柱卸压，将承重结构取出，再将转动结构取走，按照相同的方法，由外向内逐一拆除，取出。取出所有承重结构、转动结构后，再分别将槽钢、木板取出，修筑挡墙，进行充填作业。
45.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。