一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及采矿工程技术领域，特别是指一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法。
【背景技术】
[0002]大直径深孔采矿工艺设计一般在采场的上部水平开挖凿岩硐室，采用大直径深孔钻机打下向深孔，采用球形药包以自下而上顺序向采场下部逐层崩矿或者以切割立槽为自由面进行侧向崩矿，崩落的矿石从采场下部的出矿巷道运出。以其高效率、高强度、低成本和作业安全的特点推动了金属矿地下开采机械化、连续化、集中作业的发展，是安全高效采矿的发展趋势。
[0003]大直径深孔采矿工艺对于矿岩条件好的采场适用性较好，对于矿岩硬度系数f= 3?5，倾角>85°，厚度为2?6m的软岩急倾斜矿体应用效果不佳。矿岩为系数f = 3?5的软岩矿体，凿岩硐室易跨冒，威胁工人的凿岩安全;采场最终顶板无法控制，空区无法形成。为此，构筑人工假顶实现采场环境再造是在松软急倾斜中厚矿体中施行大直径深孔采矿工艺的解决途径。该方法主要优势是在人工假顶下开挖凿岩硐室，工人在假顶下作业，安全得到保障；其次，各中段采场间得到有效的隔离，采场最终顶板为人工假顶;第三是机械化程度高、出矿效率高。这样人工假顶的质量就决定了大直径深孔采矿在软弱矿体中应用的成败。
[0004]目前，井下人工假顶构筑方式多采用充填法进行构筑，充填料浆浓度低，易离析，充填体均质性差，充填成本高；另外，以往的人工假顶跨度通常与矿体厚度一致，然而矿岩性质较差的矿山，原构筑方法形成的假顶跨落风险较高。为此，探索一种强度高，成本低，工艺简单的人工假底构筑方法增加大直径深孔采矿的应用范围，对推动我国金属矿山安全高效回采具有重要意义。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法，该方法可用于大直径深孔采矿在松软矿体中应用时的采矿环境再造，提高作业安全，实现急倾斜中厚软弱矿体安全高效回采。
[0006]该方法包括进路开挖、梁头开挖、吊筋布置和膏体充填四个步骤，具体的为:
[0007]一、进路开挖具体为:掘进充填假顶进路，并进行钢支架支护，在矿体厚度<4m时，掘进一条进路;在矿体厚度为4?6m时，掘进2条进路;进路的支护方式采用钢支架+木支护，立柱为4吋钢管，高度300cm，间距150cm;横梁为9号工字钢，长度300cm，横梁上部直接堆积圆木与顶板相接；
[0008]二、梁头开挖具体为:进路内每间隔3m在巷道两帮开挖硐室，硐室尺寸宽X高X深为150cm X 150cm X 200cm，命名为梁头，梁头底部距底板距离大于50cm;
[0009]三、吊筋布置具体为:进路内布筋，分为底筋与吊筋，底筋分为横筋和纵筋，底筋距离底板300cm，吊筋高度200cm，宽度方向上吊筋间距为100cm，长度方向上间距为150cm，底筋采用HRB335Φ 14mm的螺纹管，网格尺寸25cmX 25cm；吊筋采用HRB335的Φ 18mm的圆钢，吊筋的下部有弯钩，吊挂并焊接在底筋上，上部通过横拉筋固定，横拉筋为Φ 14mm的螺纹钢，横拉筋焊接在巷道两侧的立柱上；
[0010]四、膏体充填具体为:采用质量浓度为78-80%的膏体料浆对进路进行充填，膏体充填高度为300cm，膏体料楽;由尾砂、水泥、戈壁集料、栗送剂及水构成，膏体充填料楽配比如下:充填料浆质量浓度为78?80%，尾砂与水泥质量比为4:1，尾砂与戈壁集料质量比为3:1，栗送剂掺量为水泥添加量的2%。充填体28d强度需达到4?5MPa。
[0011]其中，步骤一中第2条进路在第一条进路充填养护期结束后，进行掘进;第2条进路中底筋的横筋与第I条进路的横筋进行焊接连接。
[0012]本发明的上述技术方案的有益效果如下:
[0013]该方法工程量小，构筑成本低，易于施工，避免了由于充填假顶跨度不足跨冒的风险，提高了工人凿岩的安全性，可实现软弱破碎矿体高阶段大直径深孔安全高效回采。该方法为此类矿体的大规模开采提供了新思路。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的基于膏体充填的人工假顶构筑方法所构筑的人工假顶的纵投影图；
[0015]图2为图1中A_A#lj面不意图；
[0016]图3为图1中B-B剖面示意图。
[0017]其中:1-钢管；2-底筋；3-吊筋；4-膏体充填体;5-梁头;6_圆木;7_工字钢;8_连接钢筋。
【具体实施方式】
[0018]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。
[0019]本发明提供一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法，该方法可用于大直径深孔采矿在软弱矿体中应用时的采矿环境再造，提高作业安全，实现急倾斜中厚软弱矿体安全高效回采。如图1所示，为采用该方法构筑的人工假顶的纵投影图，其A-A剖面示意图如图2所示，其B-B剖面示意图如图3所示。
[0020]该假顶由钢管1、底筋2、吊筋3、膏体充填体4、梁头5、圆木6、工字钢7和连接钢筋8等组成。该假顶采用如下四个步骤构筑:进路掘进、梁头开挖、吊筋布置、膏体充填。
[0021]一、进路掘进
[0022]首先掘进充填假顶进路，断面尺寸根据矿体厚度确定，如果矿体厚度小于4m，则开挖一条进路;如果矿体厚度大于4m，则开挖2条进路。每炮进尺2.4m，采用钢管1、工字钢7和圆木6联合支护。立柱为4吋钢管I，高度3m，间距1.5m。横梁为9号工字钢7，长度3m，横梁上部直接堆积圆木6与顶板相接。
[0023]二、梁头开挖
[0024]每间隔3m在巷道两帮开挖硐室，采用7655凿岩机，选用2号岩石乳化炸药爆破，硐室尺寸宽X高X深为150cm X 150cm X 200cm，此处开挖硐室称为梁头5。
[0025]三、吊筋布置
[0026]布筋分为底筋2与吊筋3，底筋为Φ14_的螺纹钢，网格尺寸25cmX25cm，吊筋为Φ18mm的圆钢，高度200cm，网格尺寸150cmX 10cm。吊筋3的下部有弯钩，吊挂并焊接在底筋2上，吊筋2上部通过连接钢筋8固定。横拉筋焊接在巷道两侧的钢管I上。
[0027]四、膏体充填
[0028]充填工作准备完毕后，进行膏体充填，充填流量70?90m3/h，充填高度3m，28d膏体充填体4强度达到4?5MPa，充填配比如下:尾砂与水泥质量比为4:1，尾砂与戈壁集料质量比为3:1，栗送剂掺量为水泥添加量的2%，充填料浆质量浓度为78%。
[0029]通过上述四个步骤充填的人工假顶工程量小，构筑成本低，易于施工，避免了由于充填假顶跨度不足跨冒的风险，提高了工人凿岩的安全性，可实现软弱破碎矿体高阶段大直径深孔安全高效回采。
[0030]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。
【主权项】
1.一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法，其特征在于:该方法包括进路开挖、梁头开挖、吊筋布置和膏体充填四个步骤，具体的为: 一、进路开挖具体为:掘进充填假顶进路，并进行钢支架支护； 二、梁头开挖具体为:进路内每间隔3m在巷道两帮开挖硐室，硐室尺寸宽X高X深为150cmX150cmX200cm，命名为梁头； 三、吊筋布置具体为:进路内布筋，分为底筋与吊筋，底筋分为横筋和纵筋，底筋距离底板300cm，吊筋高度200cm，宽度方向上吊筋间距为100cm，长度方向上间距为150cm; 四、膏体充填具体为:采用质量浓度为78-80%的膏体料浆对进路进行充填。2.根据权利要求1所述的一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法，其特征在于:所述步骤一中进路掘进，在矿体厚度<4m时，掘进一条进路;在矿体厚度为4?6m时，掘进2条进路；进路的支护方式采用钢支架+木支护，立柱为4吋钢管，高度300cm，间距150cm;横梁为9号工字钢，长度300cm，横梁上部直接堆积圆木与顶板相接。3.根据权利要求1所述的一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法，其特征在于:所述步骤二中梁头底部距底板距离大于50cm。4.根据权利要求1所述的一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法，其特征在于:所述步骤三中底筋采用HRB335? 14mm的螺纹管，网格尺寸25cmX 25cm;吊筋采用HRB335的Φ 18mm的圆钢，吊筋的下部有弯钩，吊挂并焊接在底筋上，上部通过横拉筋固定，横拉筋为Φ 14mm的螺纹钢，横拉筋焊接在巷道两侧的立柱上。5.根据权利要求1所述的一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法，其特征在于:所述步骤四中膏体充填高度为300cmo6.根据权利要求1所述的一种基于膏体充填的人工假顶构筑的方法，其特征在于:第2条进路在第一条进路充填养护期结束后，进行掘进;第2条进路中底筋的横筋与第I条进路的横筋进行焊接连接。
【专利摘要】本发明提供一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法，属于采矿工程技术领域。该方法包括进路开挖、梁头开挖、吊筋布置、膏体充填四步。首先掘进充填假顶进路，并进行钢支架+木支护；第二，每间隔3m在巷道两帮开挖硐室，硐室尺寸宽×高×深为150cm×150cm×200cm；第三，布筋，分为底筋与吊筋，底筋又分横筋与纵筋；第四步，进行质量浓度78-80％的膏体充填，28天强度达到4-5Mpa。该方法工程量小，构筑成本低，易于施工，避免了由于充填假顶跨度不足跨冒的风险，提高了工人凿岩的安全性，可实现软弱破碎矿体高阶段大直径深孔安全高效回采。该方法为此类矿体的大规模开采提供了新思路。
【IPC分类】E21F15/00
【公开号】CN105545353
【申请号】CN201510958696
【发明人】吴爱祥, 杨锡祥, 王洪江, 周发陆, 王少勇, 魏海涛, 李公成, 刘宁
【申请人】北京科技大学, 伽师县铜辉矿业有限责任公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月18日