CN103939144B - 一种用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，各所述缓冲墙连续间隔排列于巷道中，缓冲墙包括连续间隔排列的第一缓冲墙、第二缓冲墙以及第三缓冲墙；各缓冲墙上分别设有缓冲气流窗，且设置在由距离大采空区的近端向远端方向排列的缓冲墙上的缓冲气流窗数量、窗口面积逐步减少；缓冲墙包括墙体以及设于墙体内的钢轨网；其中，墙体沿其厚度方向的中间部位与后端面分别设有一层钢轨网，后端面为缓冲墙靠远离大采空区方向一侧。本发明通过缓冲墙承受冲击波的能量，能够有效保障空区外作业人员和设备的安全，每堵墙逐步承受冲击波的能量，保障了墙体的安全；钢轨网有效防止大冲击波作用下墙体变形损毁。
Description
技术领域
本发明属于矿业开采安全保障装置领域，尤其涉及一种用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙。
背景技术
目前，我国已成为世界上的矿业大国，空场采矿法是金属矿山常见的采矿方法，也是建国以来我国金属矿床地下开采的主要方法，每年将在地下形成数百万立方的采空区，当采空区的面积、体积达到一定规模后，极有可能诱发采空区顶板大规模突然冒落等地压灾害，造成井下人员和财产的重大损失。近年来，我国由于采空区未及时或有效处理而引起的矿山安全生产形势十分严峻。目前对于采空区有效的常规处理方法主要集中在两个方面：
其一、对采空区实施充填
这种方法主要利用井下产生的废石和选矿的尾砂等矿山固废材料对采空区实施充填，使采空区的空间暴露体积减小甚至消失，以此来有效支撑空区顶板或减小顶板冒落后产生的有害空气冲击波。该方法处理空区有效性较强，控制空区顶板与减小大规模地压灾害的效果显著。但该方法多用于回采之前已完成相关充填设计而后再实施回采形成的空区，比如充填采矿法或嗣后充填采矿法。对于已经形成的老采空区并不具备事先设计的充填通路和一系列充填工艺过程，充填难度相当大。其次对于老矿山而言，资源面临枯竭，耗费巨大的人力财力去构建充填系统充填已形成的老采空区得不偿失。
其二、封闭采空区
封闭采空区主要是在井下通达采空区的每一条巷道设立封闭墙，以阻隔采空区与井下其他工作区域的连通，以此来减小采空区冒落对其他作业区域的危害，封闭墙多利用砖或混凝土砌块砌筑，墙体的厚度根据空区的体积设置不一，对于生产年限较长的金属矿山而言，是封闭和处理老采空区的一种经济、简便的方法。但该方法设立封闭墙的厚度需根据空区的体积进行计算，而老采空区往往形态规则各异，多数冒落严重，测算空区体积及其困难。因此多数采用直接在连接的巷道中设立一定厚度的密闭墙封闭采空区。当空区大面积冒顶后瞬时压缩空气形成较大的冲击气压将设立的封闭墙摧毁，对封闭墙之外作业的人员设备形成极大的安全威胁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投入成本小、技术适用强、安全指数高的封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，旨在有效彻底解决大采空区安全封闭的问题，避免大采空区大面积瞬时冒落对封闭墙的破坏，从而保障封闭墙外作业人员及设备的安全。
本发明是这样实现的，一种用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，各所述缓冲墙连续间隔排列于巷道中，所述缓冲墙包括连续间隔排列的第一缓冲墙、第二缓冲墙以及第三缓冲墙；其中，所述第一缓冲墙上设有四个缓冲气流窗，所述四个缓冲气流窗纵、横方向对称设置，且所述四个缓冲气流窗总面积为第一缓冲墙墙体断面积的二分之一；
所述第二缓冲墙上设有三个缓冲气流窗，所述三个缓冲气流窗为三角品字对称设置，且所述三个缓冲气流窗总面积为第二缓冲墙墙体断面积的三分之一；
所述第三缓冲墙上设有一个缓冲气流窗，所述一个缓冲气流窗布置在墙体的中间位置，且所述一个缓冲气流窗为第三缓冲墙墙体断面积的五分之一；
所述第一缓冲墙、第二缓冲墙以及第三缓冲墙由距离大采空区的近端向远端方向排列。
优选地，所述缓冲墙包括墙体以及设于所述墙体内的钢轨网；其中，
所述墙体沿其厚度方向的中间部位与后端面分别设有一层钢轨网，所述后端面为缓冲墙靠远离大采空区方向一侧。
优选地，所述钢轨网包括由两根横向和两根纵向设置钢轨交叉构成；其中，横向布置的钢轨两端分别插入到巷道两帮梁窝内；纵向设置钢轨的两端分别插入到巷道顶、底板的梁窝内。
优选地，所述钢轨的型号为矿山井下常用强度为22～30kg/m钢轨。
优选地，所述第一缓冲墙、第二缓冲墙以及第三缓冲墙之间的间隔为3～8m。
优选地，所述第一缓冲墙、第二缓冲墙以及第三缓冲墙之间的间隔为5～8m。
优选地，所述缓冲墙的墙体厚度为2m。
优选地，所述缓冲墙材料为混凝土砌块砌筑或整体混凝土浇筑，强度等级为矿山井下常用混凝土等级C20。
相比与现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
本发明通过缓冲墙承受冲击波的能量，能够有效保障空区外作业人员和设备的安全，大大减小危害；此外，本发明由于缓冲墙上缓冲窗的存在，减轻了每堵墙承受冲击波的能量，保障了墙体的安全。另外，本发明内布设的钢轨网能够有效增加墙体受空气冲击波冲击后的柔性变形能力，防止大冲击波作用下墙体变形损毁。
附图说明
图1是本发明实施例中第一缓冲墙、第二缓冲墙以及第三缓冲墙的结构示意图；
图2是本发明实施例中各缓冲墙的使用状态图；
图3是本发明实施例中缓冲墙内各钢轨的设置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～2所示，其中，图1是本发明实施例中第一缓冲墙、第二缓冲墙以及第三缓冲墙的结构示意图；图2是本发明实施例中各缓冲墙的使用状态图。
一种用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，各所述缓冲墙连续间隔排列于巷道1中，所述缓冲墙包括连续间隔排列的第一缓冲墙2、第二缓冲墙3以及第三缓冲墙4；其中，
所述第一缓冲墙2上设有四个缓冲气流窗21，所述四个缓冲气流窗21纵、横方向对称设置，且所述四个缓冲气流窗21总面积为第一缓冲墙2墙体断面积的二分之一；
所述第二缓冲墙3上设有三个缓冲气流窗31，所述三个缓冲气流窗31为三角品字对称设置，且所述三个缓冲气流窗31总面积为第二缓冲墙3墙体断面积的三分之一；
所述第三缓冲墙4上设有一个缓冲气流窗41，所述一个缓冲气流窗41布置在墙体的中间位置，且所述一个缓冲气流窗41为第三缓冲墙4墙体断面积的五分之一；
所述第一缓冲墙2、第二缓冲墙3以及第三缓冲墙4由距离大采空区5的近端向远端方向排列。
在本发明实施例中，更具体的，缓冲墙材料采用混凝土砌块砌筑或整体混凝土浇筑，为便于施工，其强度等级为矿山井下常用混凝土等级C20，每堵缓冲墙的厚度为2m。由于空区冒落岩石的方量带有较大的随机性，无法预估，因此产生空气冲击波的力度及破坏的能量也无法预先获取，因此连续间隔缓冲墙的布置需根据现场实际情况而定，三堵墙等间隔布置，间隔距离依据封堵巷道的长度而定，为使得缓冲气流具有足够的流动距离，间隔应为5～8m，巷道较短时，间隔距离最小不小于3m。
在本发明的实际应用过程中，设置该缓冲墙后，一旦空区大面积冒落产生较大空气冲击波后，通过第一缓冲墙2使得冲击气流能量的二分之一被墙体阻隔变形吸收，另外二分之一得到释放，同理，剩余的空气冲击波在通过第二缓冲墙3后只有三分之一得到释放，以此类推当通过最后一堵缓冲墙4后，空气总的冲击能量变成了原来的三十分之一，而且只从有限的窗口释放，危害大大减小，从而保障了空区外作业人员和设备的安全。同时，由于缓冲窗的存在，减轻了每堵墙承受冲击波的能量，保障了墙体的安全。
在进一步的实施过程中，为了增加墙体受冲击后的柔性变形能力，在本发明实施例中，如图3所示，所述缓冲墙包括墙体6以及设于所述墙体6内的钢轨网；其中，所述墙体6沿其厚度方向的中间部位与后端面分别设有一层钢轨网，所述后端面为缓冲墙靠远离大采空区方向一侧。
所述钢轨网包括由两根横向钢轨71和两根纵向钢轨72交叉构成；其中，横向布置的钢轨71两端分别插入到巷道1两帮梁窝内；纵向设置钢轨72的两端分别插入到巷道1顶、底板的梁窝内。
在本发明实施例中，更具体的，所述钢轨71和72的型号为矿山井下常用强度为22～30kg/m钢轨。
在本发明实施例的实际应用过程中，钢轨网的设置能够有效增加墙体受空气冲击波冲击后的柔性变形能力，防止大冲击波作用下墙体变形损毁。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，各所述缓冲墙连续间隔排列于巷道中，其特征在于，所述缓冲墙包括连续间隔排列的第一缓冲墙、第二缓冲墙以及第三缓冲墙；其中，
所述第一缓冲墙上设有四个缓冲气流窗，所述四个缓冲气流窗纵、横方向对称设置，且所述四个缓冲气流窗总面积为第一缓冲墙墙体断面积的二分之一；
所述第二缓冲墙上设有三个缓冲气流窗，所述三个缓冲气流窗为三角品字对称设置，且所述三个缓冲气流窗总面积为第二缓冲墙墙体断面积的三分之一；
所述第三缓冲墙上设有一个缓冲气流窗，所述一个缓冲气流窗布置在墙体的中间位置，且所述一个缓冲气流窗为第三缓冲墙墙体断面积的五分之一；
所述第一缓冲墙、第二缓冲墙以及第三缓冲墙由距离大采空区的近端向远端方向排列。
2.如权利要求1所述的用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，其特征在于，所述缓冲墙包括墙体以及设于所述墙体内的钢轨网；其中，
所述墙体沿其厚度方向的中间部位与后端面分别设有一层钢轨网，所述后端面为缓冲墙靠远离大采空区方向一侧。
3.如权利要求2所述的用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，其特征在于，所述钢轨网包括由两根横向和两根纵向设置钢轨交叉构成；其中，
横向布置的钢轨两端分别插入到巷道两帮梁窝内；
纵向设置钢轨的两端分别插入到巷道顶、底板的梁窝内。
4.如权利要求3所述的用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，其特征在于，所述钢轨的型号为矿山井下常用强度为22～30kg/m钢轨。
5.如权利要求1所述的用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，其特征在于，所述第一缓冲墙、第二缓冲墙以及第三缓冲墙之间的间隔为3～8m。
6.如权利要求5所述的用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，其特征在于，所述第一缓冲墙、第二缓冲墙以及第三缓冲墙之间的间隔为5～8m。
7.如权利要求2所述的用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，其特征在于，所述缓冲墙的墙体厚度为2m。
8.如权利要求7所述的用于封闭大采空区的连续间隔缓冲墙，其特征在于，所述缓冲墙材料为混凝土砌块砌筑或整体混凝土浇筑，强度等级为矿山井下常用混凝土等级C20。
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