一種地下采場人工點柱膨脹接頂裝置及構筑方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于采礦工程技術領域，特別是涉及一種地下采場人工點柱膨脹接頂裝置及構筑方法。
【背景技術】
[0002]在非煤礦山采礦工程領域中，空場采礦法作為三大采礦方法之一，一直占據(jù)著重要地位?？請龇ǖ闹饕攸c，是將礦塊劃分為礦房和礦柱，回采礦房時所形成的采空區(qū)，利用礦房四周留設的頂柱、底柱、間柱以及礦房中留設規(guī)則或不規(guī)則的點柱，用以支撐礦房回采后形成的空場，維護其穩(wěn)定性。
[0003]空場法留設的礦柱，通常在礦山生產(chǎn)末期進行統(tǒng)一回收，但回收率較低，損失貧化率高，這樣就造成了大量的浪費，不利于礦產(chǎn)資源的保護。尤其對于某些品位較高或價值較高的礦石，留設大量的礦柱無法回收，對礦山開采企業(yè)來說也是較大的經(jīng)濟損失。因此越來越多使用空場法回采的礦山，采用人工點柱代替礦石點柱的方法來提高資源回收利用率，提升經(jīng)濟效益。
[0004]在空場法回采的礦塊中，礦房內(nèi)留設用于替代礦柱的人工點柱，通常采用掘進大塊廢石與水泥砂漿砌筑而成，或者在采場內(nèi)搭建模板用混凝土澆筑而成。與礦柱相比，人工點柱可有效提高回采率和礦山經(jīng)濟效益，但在工程實際中，空場內(nèi)構筑人工點柱的最大問題在于點柱與礦房頂板不能有效接頂，使人工點柱對頂板的支撐作用不明顯。
[0005]礦房頂板是礦體在炸藥爆破作用下崩落礦石后形成的不平整面。在采場中構筑人工點柱，無論是采用砌筑方式還是澆注方式，人工點柱頂部與礦房頂板之間總會存在一定高度(大于20mm)的接頂空間，對于接頂空間，礦山現(xiàn)場常用的處理方式包括:一、不予處理，任由礦房頂板逐漸變形跨落與人工點柱實現(xiàn)接頂;二、采用較小塊度(100mm?200mm)的塊石鋪設在接頂空間內(nèi)用以減小接頂空間高度;三、楔入一定直徑的圓木在接頂空間內(nèi)，實現(xiàn)人工點柱對礦房頂板的支撐；四、采用人工潑水泥砂漿的方式或者采用水泥砂漿噴射機將水泥砂漿逐次充填至接頂空間內(nèi)，水泥砂漿凝固后將人工點柱與采場頂板膠結為一體。上述前兩種接頂處理方式均屬于完全被動接頂，頂板在變形過程中，與人工點柱接頂之前，容易發(fā)生頂板冒落等危險;第三種圓木楔入接頂方式為柔性接頂，接頂效果差，圓木對頂板的有效支撐力小，隨著國家相關安全規(guī)程對井下木支護形式的禁止，采用楔入圓木進行接頂處理的方式也將逐漸被淘汰;第四種接頂處理方式相比其他三種方式，接頂效果有明顯提高，首先可實現(xiàn)完全接頂，其次水泥砂漿凝固后強度較高；但該方式存在接頂施工工藝復雜、勞動強度大等缺點，而且該方式仍屬于被動支護接頂，接頂空間中的水泥砂漿只是將人工點柱與采場頂板膠結在一起，其本身對采場頂板并沒有產(chǎn)生主動的支撐力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有人工點柱接頂技術存在的問題，提供一種結構簡單、造價低廉、使用便捷、能夠快速主動接頂、接頂效果好、支撐力大的人工點柱膨脹接頂裝置及構筑方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術方案為:
[0008]一種地下采場人工點柱膨脹接頂裝置，用于地下采場中，所述地下采場具有采場底板和采場頂板，采場底板上設有人工點柱基礎，所述膨脹接頂裝置安裝在人工點柱基礎和采場頂板之間，包括上外套桶、內(nèi)套筒和下外套桶，所述內(nèi)套筒置于上外套桶和下外套桶內(nèi)，所述上外套桶具有桶底I和桶壁I，所述下外套桶具有桶底Π和桶壁Π，所述上外套桶套設在內(nèi)套筒的上方，內(nèi)套筒的外壁與桶壁I的內(nèi)壁間隙配合，所述下外套桶套設在內(nèi)套筒的下方，內(nèi)套筒的外壁與桶壁π的內(nèi)壁間隙配合，所述內(nèi)套筒內(nèi)由下至上依次設有碎石墊層和膨脹劑藥卷，并在膨脹劑藥卷上充填砂石，所述桶底I和桶底Π上均設有泄水排氣孔。
[0009]所述的一種地下采場人工點柱膨脹接頂裝置，所述上外套桶和下外套桶的高度之和與內(nèi)套筒的高度相匹配，所述上外套桶為鋼質(zhì)上外套桶，所述下外套桶為鋼質(zhì)下外套桶，所述內(nèi)套筒為鋼質(zhì)內(nèi)套筒。
[0010]所述的一種地下采場人工點柱膨脹接頂裝置，桶壁I和桶壁Π上均設有把手。
[0011]所述的一種地下采場人工點柱膨脹接頂裝置，所述人工點柱基礎為在采場內(nèi)從采場底板至采場頂板方向，用塊石砌筑或用混凝土饒筑的人工砌體。
[0012]所述的一種地下采場人工點柱膨脹接頂裝置，所述碎石墊層中的碎石粒徑為4.0-
6.0mm，碎石墊層的厚度為40_60mm。
[0013]所述的一種地下采場人工點柱膨脹接頂裝置，所述膨脹劑藥卷為粉末狀膨脹劑灌裝到直徑為30-50mm、具有透水性和韌性的紙筒中，所述紙筒的高度為150-250mm。
[0014]—種地下采場人工點柱膨脹接頂構筑方法，包括如下步驟:
[0015]1)在采場內(nèi)部選定的位置上，構筑人工點柱基礎；
[0016]2)將內(nèi)套筒放入下外套桶中進行組合，組合后形成上部開口的桶狀容器；
[0017]3)在內(nèi)套筒中鋪設碎石墊層，隨后將膨脹劑藥卷垂直整齊擺放于內(nèi)套筒中的碎石墊層上，
[0018]4)將砂石充填至內(nèi)套筒中膨脹劑藥卷之間的間隙中，充填過程中對內(nèi)套筒外壁進行敲擊振搗，使砂石以較密實的狀態(tài)充填到間隙中，隨后向充滿砂石的內(nèi)套筒中注水，使內(nèi)套筒中的砂石隨著水流向下沉降，充填間隙，直至砂石面不再沉降，與內(nèi)套筒上沿水平對齊后停止注水；
[0019]5)將上外套桶開口端朝下套在內(nèi)套筒上，完成膨脹接頂裝置的組合；
[0020]6)將組合好的膨脹接頂裝置安放至人工點柱基礎的頂部，膨脹接頂裝置下部即外套桶底部與人工點柱基礎頂部相接觸，膨脹接頂裝置上部即上外套桶頂部與采場頂板保持平行，并留設有一定接頂空間；
[0021]7)膨脹接頂裝置中膨脹劑藥卷與水發(fā)生水化反應體積膨脹，推動上外套桶沿軸向上移，推動下外套桶沿軸向下移，使上外套桶的頂端與采場頂板相接觸，實現(xiàn)了人工點柱與采場頂板的接頂。
[0022]所述一種地下采場人工點柱膨脹接頂構筑方法，步驟3)所述膨脹劑藥卷垂直整齊擺放于內(nèi)套筒中，膨脹劑藥卷一端與碎石墊層的頂部接觸，膨脹劑藥卷另一端距離內(nèi)套筒上沿45-55mm，膨脹劑藥卷豎直狀態(tài)擺放。
[0023]所述一種地下采場人工點柱膨脹接頂構筑方法，步驟5)將上外套桶開口端朝下套在內(nèi)套筒上，完成膨脹接頂裝置的組合，組合后的下外套桶和上外套桶開口端為對齊接觸狀態(tài)，水平旋轉上外套桶，使桶壁I和桶壁π上的把手對齊。
[0024]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0025]1、本發(fā)明與傳統(tǒng)人工點柱接頂工藝相比，采用鋼質(zhì)材料制成結構簡單的膨脹接頂裝置，利用膨脹劑與水發(fā)生水化反應體積成倍膨脹的特性，通過膨脹接頂裝置對膨脹劑水化膨脹產(chǎn)物的圓周方向的約束，使其僅在軸向方向產(chǎn)生體積膨脹，推動套筒與采場頂板接頂，實現(xiàn)人工點柱與采場頂板的快速有效接頂，簡化了接頂工藝的復雜程度，加快了接頂速度，增強了人工點柱支撐的剛度，改善了對頂板的支撐效果，具有施工工藝簡單、高效、質(zhì)優(yōu)等特點。
[0026]2、本發(fā)明與傳統(tǒng)接頂工藝相比，接頂裝置整體為鋼材制成，在井下使用沒有燃燒引發(fā)火災的可能，符合國家對井下安全生產(chǎn)支護形式的相關要求。
[0027]3、本發(fā)明利用膨脹劑在圓周方向約束的有限空間內(nèi)的體積膨脹推動接頂裝置實現(xiàn)接頂，膨脹劑水化后體積增量大，使得膨脹接頂裝置具有較長的接頂行程。
[0028]4、本發(fā)明中膨脹接頂裝置實現(xiàn)接頂后，膨脹劑水化物在接頂裝置內(nèi)產(chǎn)生載荷較大、持續(xù)穩(wěn)定的軸向力，能夠有效實現(xiàn)對采場頂板的主動支撐作用;對于井下采場中穩(wěn)定性較差的局部頂板來說，主動支撐可對頂板產(chǎn)生一定的預支撐力，可有效的防止采場頂板進一步變形，與單純的被動支護相比，支護效果得到了極大的提高；
[0029]5、本發(fā)明接頂裝置結構簡單，加工精度要求不高，使用的膨脹劑用量小、價格低廉、貨源廣泛，接頂成本低。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的一種地下采場人工點柱膨脹接頂裝置的構筑示意圖；
[0031]圖2為圖1所示上(下)外套桶的結構示意圖；
[0032]圖3為圖2所示上(下)外套桶的仰視圖；
[0033]圖4為圖1所示內(nèi)套筒的結構示意圖。
[0034]圖中，丨一采場頂板，2一接頂空間，3一上外套桶，4一內(nèi)套筒，5一下外套桶，6一碎石塾層，7—砂石，8—膨脹劑藥卷，9 一把手，10 一人工點柱基礎，11 一米場底板，12 一泄水排氣孔。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0036]如圖1所示，一種地下采場人工點柱膨脹接頂裝置，用于地下采場內(nèi)，地下采場具有采場底板11和采場頂板1，采場底板上設置人工點柱基礎10，工點柱基礎10上設置膨脹接頂裝置，所述人工點柱基礎10為井下掘進作業(yè)產(chǎn)生的較大塊度(300mm?500mm)廢石，與一定灰砂比摔合均勾的水泥砂楽.在米場內(nèi)從米場底板向頂板方向砌筑的人工砌體，或者是在采場內(nèi)搭建模板，用混凝土澆注的人工砌體。人工點柱基礎10頂部較為平整，與采場頂板1之間為平行關系，并留設有一定的接頂空間2，用于放置膨脹接頂裝置;人工點柱基礎10經(jīng)養(yǎng)護后，具有一定的強度。
[0037]如圖1-4所示膨脹接頂裝置包括上外套桶3、內(nèi)套筒4、下外套桶5;如圖2所示上外套桶3與下外套桶5為相同的結構和尺寸的桶形，均為一端開口、另一端帶有泄水排氣孔12的鋼板封閉而成。上外套桶具有桶底I和桶壁I，下外套桶具有桶底Π和桶壁Π，上外套桶套設在內(nèi)套筒的上方，內(nèi)套筒的外壁與桶壁I的內(nèi)壁間隙配合，所述下外套桶套設在內(nèi)套筒的下方，內(nèi)套筒