CN108798768A - 一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法，属于矿山充填开采技术领域。该装置包括支撑系统、加压系统和回收系统；支撑系统包括气囊和预留充填小井结构，通过回收系统将气囊吊挂在预留充填小井结构内，通过加压系统为气囊充气。该装置预留充填小井时，在待充填进路的指定位置架设预留充填小井结构，通过在上方通风巷安装的回收系统将气囊吊挂在预留充填小井结构内，然后利用加压系统为气囊充气，气囊胀大完全紧贴该结构内壁后停止充气，待该进路充填完成且充填料浆凝固后，回收气囊，气囊预留下的空间就是充填小井。该装置利用气囊预留空间作为充填小井，可大幅度提高采矿效率，降低炸药消耗及采矿成本，缩短作业时间，采矿作业更安全。

Description

一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法

技术领域

本发明涉及矿山开采充填技术领域，特别是一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法。

背景技术

随着近年大力提倡无废采矿、绿色采矿，充填采矿法越来越成为一种主要的采矿方法。采用充填采矿法，有提高矿石回采率，降低贫化率，充分利用资源，有效控制地压等优点。由于空区可以用废石来充填，地面不需要构筑大面积的尾矿库，可改善矿区周围环境，充填采矿法越来越受到人们的重视，充填工艺技术也在充填采矿法不断改造与发展的过程中得到创新和发展。

在充填采矿法中，构筑充填井是一个必不可少的工艺。构筑充填井的常用工艺有两种：一种是常规方式构筑充填井，另一种是在充填作业时预留充填井。常规方式构筑充填井是在回采进路充填完成后，在其下方需要构筑充填井的位置，使用炸药等进行爆破成井，这种方式需要消耗大量的炸药，而且爆破出的充填井形状极不规则，费时费力；另一种是预留充填井，即在进路回采完以后，在构筑充填小井的位置设置钢模板、木模板或者砌筑砖墙等来预留出充填小井的空间，这种空间今后就作为充填小井使用，这种方式较前一种不仅构筑充填井的效率高而且成本更低，得到更多的应用，但这种方式也有其明显的弊端。

以某矿山为例，其目前采用架设钢模板法来预留充填小井的工艺。钢模板构架的预留充填小井结构高4m，直径2m，由4个依次上下搭接的圆形结构的钢盒子组成，每一个钢盒子高1m、直径2m，而钢盒子又由4块弧形钢模板组装形成一个中空的圆柱形结构。具体施工方式为：在回采完的进路中需要构筑充填小井的位置架设圆弧形的钢模板，四个钢模板之间用螺母固定形成一个钢盒子，并自下而上依次构筑四个钢盒子，各钢盒子之间也用螺丝固定，最终形成一个直径2m，高4m的预留充填小井结构。固定完该结构之后在进路口砌筑挡墙，并进行该进路的充填。虽然二矿区进路的设计分层高度是4m，但由于爆破开采等各种因素的不精确性，回采进路的高度往往在4.0-4.5m之间，而且由于爆破顶板不平整，所以充填时会在预留充填小井结构内灌满充填料浆。

以某矿山为例，预留充填小井工艺存在问题如下：

A.由于钢盒子无法保证其密闭性，导致其在充填过程中通过预留充填小井结构的顶部、底部和弧形钢模板之间的缝隙灌入大量料浆，需要进行二次处理，影响了采矿效率；

B.灌入的料浆凝固后需要进行爆破清理，不仅会增加成本，破坏钢盒子自身的结构稳定性，而且爆破会对周围充填体的稳定性造成影响，给人员施工带来危险；

C.爆破出的凝固体混入矿石中，会造成矿石贫化；

D.目前的这种预留充填小井工艺并没有完全发挥其应有的高效以及安全且成本低的特性。

发明内容

本发明为解决以上技术问题，提供一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法。

本发明的技术方案是：一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法，所用的装置包括支撑系统、加压系统和回收系统，其中，支撑系统包括预留充填小井结构、气囊，加压系统包括井下高压风源管、多功能输气通道、压气控制阀和连接管，回收系统包括吊绳、卷料器和固定杆；支撑系统的预留充填小井结构架设在待充填进路预留充填小井的位置并用吊筋固定住，利用回收系统的吊绳的一头将气囊吊挂到预留充填小井结构内，吊绳的另一头固定在卷料器上，卷料器连接到固定杆，固定杆固定到通风巷顶板上；气囊包括囊体、卡扣、安全阀和法兰盘，气囊充气端部安装法兰盘，安全阀设置在法兰盘上，气囊上部设置一圈卡扣，吊绳通过卡扣吊挂气囊；

所述加压系统的连接管一侧连接到气囊的安全阀上，另一侧连接压气控制阀，压气控制阀的另一侧使用连接管连接到多功能输气通道上，多功能输气通道连接到井下高压风源管，利用井下高压风源管中的高压风为气囊充气，待气囊胀大到囊壁紧贴在预留充填小井结构内壁时停止充气；待预留充填小井的待充填进路完成充填工作且充填体凝固后，利用压气控制阀将气囊中的压气放掉，通过卷料器将吊绳缠绕，气囊随之被拉出并卷起，完成气囊回收。

本发明是在待充填进路预留充填小井的位置架设预留充填小井结构，用吊绳将气囊垂直吊挂在预留充填小井结构内，使气囊底部刚好接触进路底板，然后对气囊进行充气使气囊胀大并撑到预留充填小井结构内壁上，之后充填该进路，待充填体凝固后，放掉气囊中的压气，并用卷料器将气囊拉出卷起回收以重复利用，完成预留充填小井工作，预留充填小井结构不再拆卸，留到充填小井中作为一种支护手段。由于前述气囊的存在，充填时，预留充填小井结构内不会灌入料浆，从而能够极大的提高预留充填小井效率以及采矿工作的安全性，减少炸药用量，降低凿岩、爆破成本，降低工人劳动强度。

其中，压气控制阀包括充气阀、快速卸压塞、阀体、密闭胶垫和承压弹簧，充气时快速卸压塞插入阀体，放气时，将快速卸压塞拔出阀体；压气控制阀主要完成气囊充气以及放气回收作业，充气时，高压风气体通过充气阀、阀体、密闭胶垫进入气囊；密闭胶垫是弹性材质，高压风气体可以进入气囊，但气囊内的气体无法自充气阀外泄；承压弹簧为密闭胶垫提供支撑力；快速卸压塞的作用是气囊充气后，能够阻止气体的外泄，需要放出气囊中的气体时可以拔下快速卸压塞。

气囊由高分子材料制作而成，是一种可以收缩、膨胀的模体，具有很高的抗压强度、弹性和气密性，充入压缩空气后，气囊即伸展膨胀达到其截面设计要求。充入气体膨胀后的单个气囊的尺寸可根据需要制作。单个气囊膨胀后的截面尺寸以能够满足预留充填小井的尺寸即可。单个气囊的轴向长度，以能够超过将要预留充填小井的进路高度为条件，以方便运搬、架设为核心，可采用重量较低的高分子材料来制作。气囊的作用是：利用气囊充气膨胀后所占用的空间来阻隔充填料浆进入预留充填小井结构中，一次预留小井成型，不需要对预留小井进行二次处理，避免了传统预留小井工艺的弊端；同时该方法大大提高了预留充填小井的效率，提高了采矿的整体效率，提高了现场施工的安全性，降低了工人劳动强度以及采矿成本。

预留充填小井结构为圆柱体型，高4m，直径2m，由4个圆形的钢盒子依次上下搭接而成用，每个钢盒子高1m，直径2m，由4块弧形钢模板组成，钢模板之间通过固定扣固定。虽然二矿区进路的设计分层高度是4m，但由于爆破开采等各种因素的不精确性，回采进路的高度往往在4.0-4.5m之间，而且由于爆破顶板不平整，所以充填时会在预留充填小井结构内灌满充填料浆。传统预留充填小井工艺不在钢盒子内部放置气囊，充填进路时，钢盒子内部会进入大量料浆，料浆凝固后堵塞充填小井，需要对充填小井进行爆破清理，不仅费时费力，而且人员操作极不安全。预留充填小井结构在该新型预留充填小井工艺中的作用是：

A.固定、保护气囊。可防止气囊在充填过程中被料浆挤压破坏并且能够将气囊牢牢固定在预留充填小井的位置；

B.支护井壁。充填小井兼做通风井，对矿山正常开采不可或缺，长时间处于高地应力的环境中，井壁会被挤压变形，甚至被完全破坏，钢盒子正好可以起到支护井壁的作用。

多功能输气通道主体为钢质，其上安装有气压监测表，可用来监测高压风源大小，多功能输气通道上设置多个输气阀门，可同时为多个气囊充气，输气阀门上装有减压阀，用来调节输送风压的大小。在采场进路中，有时需要预留多个充填小井，为了提高预留充填小井的效率，在这种多功能输气通道上设置多个出气阀门，可同时为多个气囊充气，大大减少气囊充气的时间。多功能输气通道连接高压风源与气囊的压气控制阀，高压风源的风压很大，为了避免高压对气囊的破坏同时又不影响气囊充气效率，特在出气阀门上设置减压阀，以此来调节充入气囊的风压大小。

卷料器包括转轮、橡胶套、挂扣、和摇把，转轮是一种轴承传动结构，用来收卷气囊，挂扣是固定吊绳的机构，卷料器通过固定杆固定到通风巷顶板上。回收气囊时，摇动摇把来转动转轮，吊绳将层层缠绕到转轮上，最后气囊也会一层层卷到转轮上，完成气囊的回收工作。

本发明的有益效果如下：

该方法不仅具有常规预留充填小井效率高、节约劳动力、适用性广的优势，而且由于气囊的存在，克服了传统的预留充填小井需要二次作业、工序繁琐、需要炸药爆破增加了不安全性法、综合成本高的弊病。具体优点为：

A.采用气囊装填预留充填小井结构的内部，避免预留充填小井结构内部进入料浆，不需要二次处理，可以大幅度提高采矿效率以及人工安全性；

B.由于气囊可回收重复利用，且该工艺不需要消耗炸药，可以降低采矿总成本；

C.由于工艺简单，提高了总采矿循环的总时间，提高了产能；

D.由于避免了凿岩爆破，还可以有效维护充填体以及充填小井的稳定性，有利于采场回采作业的安全。

附图说明

图1为本发明的利用可回收气囊来预留充填小井装置架设完毕后的结构示意图；

图2为气囊充气管线连接示意图；

图3为气囊结构主视图；

图4为气囊结构俯视图；

图5为预留充填小井结构架设示意图；

图6为压气控制阀结构示意图；

图7为多功能输气通道示意图；

图8为回收系统示意图；

图9为卷料器横剖面示意图；

图10气囊回收完毕后预留小井纵剖面图；

图中：1-预留充填小井结构；2-气囊；3-已充填进路；4-通风井；5-充填回风井；6-吊绳；7-多通管；8-充放气阀；9-高压风源管；10-吊筋；11-待充填进路;12-卷料器；13-固定杆。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图进行详细描述。

一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法，所用的装置包括支撑系统、加压系统和回收系统，其中，支撑系统包括预留充填小井结构1、气囊2，加压系统包括井下高压风源管9、多功能输气通道7、压气控制阀8和连接管，回收系统包括吊绳6、卷料器12和固定杆13；支撑系统的预留充填小井结构1架设在待充填进路11预留充填小井的位置并用吊筋10固定住，利用回收系统的吊绳6的一头将气囊2吊挂到预留充填小井结构1内，吊绳6的另一头固定在卷料器12上，卷料器12连接到固定杆13，固定杆13固定到通风巷4顶板上；气囊2包括囊体2-1、卡扣2-2、安全阀2-3和法兰盘2-4，气囊2充气端部安装法兰盘2-4，安全阀2-3设置在法兰盘2-4上，气囊2上部设置一圈卡扣2-2，吊绳6通过卡扣2-2吊挂气囊2；

所述加压系统的连接管一侧连接到气囊2的安全阀2-3上，另一侧连接压气控制阀8，压气控制阀8的另一侧使用连接管连接到多功能输气通道7上，多功能输气通道7连接到井下高压风源管9，利用井下高压风源管9中的高压风为气囊2充气；预留完充填小井后，利用压气控制阀8将气囊2中的压气放掉，通过卷料器12将吊绳6缠绕，气囊2随之被拉出并卷起，完成回收。

所述压气控制阀8包括充气阀8-1、快速卸压塞8-2、阀体8-3、密闭胶垫8-4和承压弹簧8-5，充气时快速卸压塞8-2插入阀体8-3，放气时，将快速卸压塞8-2拔出阀体8-3，承压弹簧8-5为密闭胶垫8-4提供支持力。

所述预留充填小井结构1为圆柱体型，由4个圆形的钢盒子上下依次搭接而成，每个钢盒子由4块弧形钢模板1-2组成环形体，上下钢盒子之间通过固定卡扣1-3固定。

所述多功能输气通道7主体为钢质，其上安装有气压监测表7-1，设置多个输气阀门7-3，可同时为多个气囊2充气，输气阀门7-3上装有减压阀7-2，用来调节输送风压的大小。

所述卷料器12包括转轮12-1、橡胶套12-2、挂扣12-3、和摇把12-4，转轮12-1是一种轴承转动结构，用来收卷吊绳6、气囊2，挂扣12-3固定于轴承转动结构的外圈环上，用来固定吊绳6，橡胶套12-2套在转轮12-1外部，用来增加摩擦力，摇把12-4固定于轴承转动结构的外圈环上，用来手动转动转轮12-1。

所述固定杆13是一种长度可调节的伸缩式套管，其长度根据需求进行设置，内管插入外管，通过螺栓穿过外管顶紧内管。

具体步骤为：

A.连接气囊充气管线：多功能输气通道7与井下高压风源管9连接，然后将连接管一端固定到多功能输气通道7的输气阀门7-3上，另一端固定到压气控制阀8的充气阀8-1上，压气控制阀8安装在气囊2的安全阀2-3上，气囊充气管线连接完成；

B.固定气囊并充气：在待充填进路预留充填小井的位置架预留充填小井结构1，并用吊筋10固定预留充填小井结构1，防止预留充填小井结构1在待充填进路11充填时受到料浆的冲击而发生倾倒，将卷料器12固定到预留充填小井结构1上方的通风巷4顶板上，使用绑扎在卷料器12上的吊绳6将气囊2垂直吊挂在预留充填小井结构1内刚好接触底板的位置，打开高压风阀门，为气囊2充气，待气囊胀大到囊壁紧贴在预留充填小井结构1内壁时停止充气；

C.回收气囊：待预留充填小井的待充填进路11完成充填工作且充填体凝固后，拔出压气控制阀2上的快速卸压塞8-2为气囊2放气，放完气后通过卷料器12将气囊2卷起，完成回收，以重复利用。

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，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法，其特征在于：所用的装置包括支撑系统、加压系统和回收系统，其中，支撑系统包括预留充填小井结构（1）、气囊（2），加压系统包括井下高压风源管（9）、多功能输气通道（7）、压气控制阀（8）和连接管，回收系统包括吊绳（6）、卷料器（12）和固定杆（13）；支撑系统的预留充填小井结构（1）架设在待充填进路（11）预留充填小井的位置并用吊筋（10）固定住，利用回收系统的吊绳（6）的一头将气囊（2）吊挂到预留充填小井结构（1）内，吊绳（6）的另一头固定在卷料器（12）上，卷料器（12）连接到固定杆（13），固定杆（13）固定到通风巷（4）顶板上；气囊（2）包括囊体（2-1）、卡扣（2-2）、安全阀（2-3）和法兰盘（2-4），气囊（2）充气端部安装法兰盘（2-4），安全阀（2-3）设置在法兰盘（2-4）上，气囊（2）上部设置一圈卡扣（2-2），吊绳（6）通过卡扣（2-2）吊挂气囊（2）；

所述加压系统的连接管一侧连接到气囊（2）的安全阀（2-3）上，另一侧连接压气控制阀（8），压气控制阀（8）的另一侧使用连接管连接到多功能输气通道（7）上，多功能输气通道（7）连接到井下高压风源管（9），利用井下高压风源管（9）中的高压风为气囊（2）充气，待气囊胀大到囊壁紧贴在预留充填小井结构（1）内壁时停止充气；待预留充填小井的待充填进路（11）完成充填工作且充填体凝固后，利用压气控制阀（8）将气囊（2）中的压气放掉，通过卷料器（12）将吊绳（6）缠绕，气囊（2）随之被拉出并卷起，完成气囊回收。

2.根据权利要求1所述的一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法，其特征在于：所述压气控制阀（8）包括充气阀（8-1）、快速卸压塞（8-2）、阀体（8-3）、密闭胶垫（8-4）和承压弹簧（8-5），充气时快速卸压塞（8-2）插入阀体（8-3），放气时，将快速卸压塞（8-2）拔出阀体（8-3），承压弹簧（8-5）为密闭胶垫（8-4）提供支持力。

3.根据权利要求1所述的一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法，其特征在于：所述预留充填小井结构（1）为圆柱体型，由4个圆形的钢盒子上下依次搭接而成，每个钢盒子由4块弧形钢模板（1-2）组成环形体，上下钢盒子之间通过固定卡扣（1-3）固定。

4.根据权利要求1所述的一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法，其特征在于：所述多功能输气通道（7）主体为钢质，其上安装有气压监测表（7-1），设置多个输气阀门（7-3），可同时为多个气囊（2）充气，输气阀门（7-3）上装有减压阀（7-2），用来调节输送风压的大小。

5.根据权利要求1所述的一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法，其特征在于：所述卷料器（12）包括转轮（12-1）、橡胶套（12-2）、挂扣（12-3）、和摇把（12-4），转轮（12-1）是一种轴承转动结构，用来收卷吊绳（6）、气囊（2），挂扣（12-3）固定于轴承转动结构的外圈环上，用来固定吊绳（6），橡胶套（12-2）套在转轮（12-1）外部，用来增加摩擦力，摇把（12-4）固定于轴承转动结构的外圈环上，用来手动转动转轮（12-1）。

6.根据权利要求1所述的一种利用可回收气囊来预留充填小井的方法，其特征在于：所述固定杆（13）是一种长度可调节的伸缩式套管，其长度根据需求进行设置，内管插入外管，通过螺栓穿过外管顶紧内管。