CN105626069A - 一种外砌内砼人工矿柱及其构筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外砌内砼人工矿柱及其构筑方法。该外砌内砼人工矿柱包括柱体本体，柱体本体的侧壁由毛石堆砌而成，柱体本体内部填充混凝土，柱体本体的顶部填充的混凝土是发泡混凝土。它的构筑方法，包括如下步骤：在矿柱原址或预留的原生矿柱附近，依次通过清理或制作基底、砌毛石墙、浇筑混凝土和结顶施工完成外砌内砼人工矿柱的构筑。本发明具有如下优点：减少了混凝土使用量和立模板工序，降低了成本；提高了矿石回收率，增加了采空区的支撑稳定性，降低或减缓了地下开采对地表环境的扰动影响，减少矿山井下生产大量堆弃的固体污染物；降低了排土场的废石量，改善了矿山井下生产环境，大大提高矿石的回收率，取得好的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及采矿工程领域中的人工矿柱及其构筑方法，特别是涉及一种外砌内砼人工矿柱及其构筑方法。
背景技术
以前，采用空场采矿法开采的地下非煤矿山，需预留大量的规则或不规则矿柱来支撑矿体顶板及保持围岩稳定性，一般情况下矿柱不能回采，造成矿石的损失量在20％～30％之间；随着矿产资源的日趋枯竭和矿石价格的攀升，通过构筑砌石或混凝土人工矿柱，将原空场采矿法预留的原生矿柱替代，不仅能大大提高矿石的采出率，降低矿石资源的永久损失率，而且能创造很好的经济及社会效益。但单一的砌石或混凝土人工再生矿柱，要么强度达不到要求，要么施工成本偏高。
CN85102494公开了一种制作框架式混凝土人工矿柱的方法，这种方法使用框架材料多，增加了成本，而且操作麻烦，现场工人安装时间长，增加了工人在顶板下暴露时间，增加了安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种外砌内砼人工矿柱及其构筑方法，该外砌内砼人工矿柱可提高矿石回收率，增加采空区的支撑稳定性；该外砌内砼人工矿柱的构筑方法可减少混凝土使用量和立模板工序，降低成本。
本发明提供的一种外砌内砼人工矿柱，它由柱体本体构成；所述柱体本体的侧壁由毛石和水泥砂浆制作得到；所述柱体本体内部填充混凝土。
上述外砌内砼人工矿柱中，所述柱体本体的顶部填充的混凝土是发泡混凝土，所述发泡混凝土解决了普通混凝土无法与顶板紧密接触的问题；所述发泡混凝土的干容重可为1000～1200Kg/m3，具体可为1200Kg/m3。
上述外砌内砼人工矿柱中，所述毛石可为矿脉中的夹石、非含矿岩石或削落帮壁的岩石等；所述毛石的抗压强度大于30Mpa。
上述外砌内砼人工矿柱还包括基底，所述基底为下述1)或2)
1)当矿体底板倾斜角度＜5°时，所述基底为向所述矿体底板倾斜方向的反方向倾斜设置；所述反方向倾斜设置中，反向倾斜的角度为所述矿体倾斜角度的1～3％。
2)当矿体底板倾斜角度≥5°时，所述基底为台阶状基底；所述台阶状基底的平台为水平设置或向所述矿体底板的倾斜方向的反方向倾斜设置；所述反方向倾斜设置中，反向倾斜的角度为所述矿体底板倾斜角度的1～3％。
上述外砌内砼人工矿柱中，所述柱体本体的高度根据矿体的厚度决定，可为3m～5m；
所述柱体本体的侧壁的厚度可为0.5m～0.8m；
所述柱体本体的横截面的规格可为4.5m×4.5m、4.5m×(6～8m)或5m×(6～10m)，根据矿体顶板的稳定性进行选择，在所述矿体顶板稳定性较好的区域采用4.5m×4.5m的断面规格，稳定性较差的区域采用4.5m×(6～8m)或5m×(6～10m)的断面规格。
本发明外砌内砼人工矿柱，结构规整，质地构造均匀，没有原生裂隙损伤，相较于原生矿柱具有更好的结构强度，通过替换后，可以回收原生矿石矿柱，进一步提高矿石回采率。
本发明进一步提供了一种外砌内砼人工矿柱的构筑方法，包括如下步骤：在矿柱原址或预留的原生矿柱附近，依次通过清理或制作基底、砌毛石墙、浇筑混凝土和结顶施工完成外砌内砼人工矿柱的构筑。
上述外砌内砼人工矿柱的构筑方法中，所述构筑在地下非煤矿山空场采矿法中的采矿回采阶段或残采阶段进行。
上述外砌内砼人工矿柱的构筑方法中，所述清理或制作基底步骤中：
1)当矿体底板的倾斜角度＜5°时，将基底制作为向所述矿体底板倾斜方向的反方向倾斜，所述反方向倾斜的角度为所述矿体倾斜角度的1～3％；
2)当矿体底板的倾斜角度≥5°时，将基底制作为台阶状；台阶状基底的平台被制作为水平方向或向所述矿体底板的倾斜方向的反方向倾斜，所述反方向倾斜的角度为所述矿体底板倾斜角度的1～3％。
上述外砌内砼人工矿柱的构筑方法，所述结顶施工为浇注发泡混凝土的过程；
当所述外砌内砼人工矿柱的侧壁缝隙中有所述发泡混凝土浆液渗出时，所述结顶施工停止。
本发明的有益效果是：
(1)减少了混凝土使用量和立模板工序，进而降低了成本；
(2)提高了矿石回收率，增加了采空区的支撑稳定性，降低或减缓地下开采对地表环境的扰动影响，减少矿山井下生产大量堆弃的固体污染物；
(3)降低排土场的废石量，改善矿山井下生产环境，大大提高矿石的回收率，取得很好的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明外砌内砼人工矿柱的结构示意图。
图中各标记如下：
1顶部；2柱体本体；3基底。
图2为本发明外砌内砼人工矿柱的基底的结构示意图，其中，图(a)为矿体倾角＜5°时矿柱基底结构示意图；图(b)为矿体倾角≥5°时矿柱基底结构示意图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于下述实施例。
实施例1、外砌内砼人工矿柱及其构筑方法
如图1所示，本发明外砌内砼人工矿柱，由高度为3m～5m、横截面的规格为4.5m×4.5m、4.5m×(6～8m)或5m×(6～10m)的柱体本体2构成，柱体本体2的侧壁由矿脉中的夹石、非含矿岩石或削落帮壁的岩石等毛石(抗压强度大于30Mpa)堆砌而成，侧壁厚度为0.5m～0.8m；柱体本体2内部填充有C20混凝土，柱体本体2的顶部1填充有武汉天硕建材有限公司生产的TH泡沫混凝土(干容重为1200Kg/m3)，可与顶板紧密接触；柱体本体2的底部为一基底3，如图2所示，当矿体底板的倾斜角度＜5°时，基底为向矿体底板倾斜方向的反方向倾斜设置，反方向倾斜的角度为矿体倾斜角度的1～3％；当矿体底板的倾斜角度≥5°时，所述基底为台阶状基底；台阶状基底的平台为向矿体底板的倾斜方向的反方向倾斜设置，反向倾斜的角度为矿体底板倾斜角度的1～3％。
本发明外砌内砼人工矿柱的构筑方法，在地下非煤矿山空场采矿法中的采矿回采阶段或残采阶段进行，包括如下步骤：
(1)清理和制作基底
在矿柱原址或预留的原生矿柱附近，先清基底，形成坚实的基坑，基坑应清出老底，不留杂物。对于矿体倾角＜5°的底板，首先将基底制作为向矿体底板倾斜方向的反方向倾斜，反方向倾斜的角度为矿体倾斜角度的1～3％，清基后可以直接浇筑；对于矿体倾角≥5°的矿体底板，把基底做成台阶状，平台要求水平或向底板方向反倾1～3％的坡度，使矿体底板在矿柱发生位移倾向时能产生一个与位移反向的力，以阻止位移的发生。
(2)砌毛石墙
毛石采用未风化、坚硬、无裂缝夹层块石，强度等级不小于MU30，M10水泥砂浆砌筑，块石尺寸为：高、宽为200～300mm，长300～400mm，块石表面的水锈、浮土、杂质应清洗干净，砌筑得到的毛石墙的断面规格为：长度为矿柱外周长尺寸4.5m×4.5m、4.5m×(6～8m)或5m×(6～10m)，高度根据矿体厚度而定，一般为3m～5m，侧壁的厚度为500～800mm。
(3)浇注混凝土
A、浇筑混凝土前，模板内的所有杂物必须清理干净。
B、浇注C20混凝土，混凝土浇筑要按施工组织设计方案顺序进行，做到连续，并避免出现冷缝；混凝土浇筑接茬时间不超过试配初凝时间的一半。
(4)结顶施工
用高压泵通过管道向人工矿柱顶部注入发泡混凝土(干容重1200Kg/m3)，直到四周缝隙中有浆液渗出，注浆结束。
对上述所采用的混凝土的抗压强度进行检验，结果如下：
表1、混凝土抗压强度检验报告
通过现场地压信号柱的长期观察，可以看出，本发明外砌内砼人工矿柱外形结构规整，质地构造均匀，没有原生裂隙损伤，相较于原生矿柱具有更好的力学结构强度，通过替换后，可以回收原生矿石矿柱，提高了矿石回收率，增加了采空区的支撑稳定性。
Claims (9)
1.一种外砌内砼人工矿柱，其特征在于：它包括柱体本体；所述柱体本体的侧壁由毛石和水泥砂浆制作得到；所述柱体本体内部填充混凝土。
2.根据权利要求1所述的外砌内砼人工矿柱，其特征在于：所述柱体本体的顶部填充的混凝土是发泡混凝土；所述发泡混凝土的干容重为1000～1200Kg/m3。
3.根据权利要求1或2所述的外砌内砼人工矿柱，其特征在于：所述毛石的抗压强度大于30Mpa。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的外砌内砼人工矿柱，其特征在于：所述外砌内砼人工矿柱还包括基底，所述基底为下述1)或2)：
1)当矿体底板的倾斜角度＜5°时，所述基底为向所述矿体底板倾斜方向的反方向倾斜设置；所述反方向倾斜设置中，反向倾斜的角度为所述矿体倾斜角度的1～3％。
2)当矿体底板的倾斜角度≥5°时，所述基底为台阶状基底；所述台阶状基底的平台为水平设置或向所述矿体底板的倾斜方向的反方向倾斜设置；所述反方向倾斜设置中，反向倾斜的角度为所述矿体底板倾斜角度的1～3％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的外砌内砼人工矿柱，其特征在于：所述柱体本体的高度为3m～5m；
所述柱体本体的侧壁的厚度为0.5m～0.8m；
所述柱体本体的横截面的规格为4.5m×4.5m、4.5m×(6～8m)或5m×(6～10m)。
6.一种外砌内砼人工矿柱的构筑方法，包括如下步骤：在矿柱原址或预留的原生矿柱附近，依次通过清理和制作基底、砌毛石墙、浇筑混凝土和结顶施工完成外砌内砼人工矿柱的构筑。
7.根据权利要求6所述的外砌内砼人工矿柱的构筑方法，其特征在于：所述构筑在地下非煤矿山空场采矿法中的采矿回采阶段或残采阶段进行。
8.根据权利要求6或7所述的外砌内砼人工矿柱的构筑方法，其特征在于：所述清理和制作基底步骤中：
1)当矿体底板的倾斜角度＜5°时，将基底制作为向所述矿体底板倾斜方向的反方向倾斜，所述反方向倾斜的角度为所述矿体倾斜角度的1～3％；
2)当矿体底板的倾斜角度≥5°时，将基底制作为台阶状；台阶状基底的平台被制作为水平方向或向所述矿体底板的倾斜方向的反方向倾斜，所述反方向倾斜的角度为所述矿体底板倾斜角度的1～3％。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的外砌内砼人工矿柱的构筑方法，其特征在于：所述结顶施工为浇注发泡混凝土的过程；
当所述外砌内砼人工矿柱的侧壁缝隙中有所述发泡混凝土浆液渗出时，所述结顶施工停止。
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