CN108979711B - 一种尾砂充填脱水封闭墙及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种尾砂充填脱水封闭墙及其施工方法，包括巷道，巷道内设有纵截面为直角梯形状的立体框架，立体框架的前侧面为斜面且固联有前密封网，立体框架的后侧面固联有后密封网，前密封网、后密封网、巷道的顶板、底板以及两帮之间围成空腔，空腔内填充有填料；立体框架的后端固联有门框，门框内部铺设有透水层。本发明结构合理，通过设置立体框架、前、后密封网以及填料构成一定形状的柔性挡墙，不仅具有良好的力学支撑和防冲击，而且可起到对尾砂等固体颗粒的沉淀及过滤作用；通过设置门框及透水层，可实现良好的脱水，并防止水泥等细颗粒固体泄露出采空区；两者相结合，有效的解决传统中脱水性差、安全性差、施工工艺复杂等问题。
Description
技术领域：
本发明涉及一种尾砂充填脱水封闭墙及其施工方法。
背景技术：
尾砂充填采矿法将地表尾砂通过管路水力输送至井下采空区，既避免了地表尾矿库的构筑、减少了对环境的污染，又处理了大量采空区，因此尾砂充填采矿法是当前金属矿山最广泛使用的采矿法。尾砂充填采矿法分为胶结充填和非胶结充填两种，无论使用哪种尾砂充填法，井下采空区都必须砌筑封闭墙防止尾砂泄漏并排出采空区内多余的水。因此砌筑安全可靠并能脱水的充填封闭墙是充填采矿法能够成功的关键因素。
目前，尾砂充填封闭墙主要分为三种：（1）空心砖砌筑挡墙。该方法是在通往采空区的巷道，采用砂浆砌筑空心砖挡墙封闭采空区。该方法砌筑易于施工、成本低、养护周期短。但存在工人井下劳动强度高，施工效率低的问题；此外，该类挡墙没有脱水作用，对采空区内砂浆没有缓冲设施，造成挡墙受压过大而倒塌，从而导致事故的发生。（2）混凝土筑墙法：该法用混凝土浇筑挡墙封闭巷道，从而达到封闭采空区的目的。混凝土挡墙突出优点是稳固性好，不易倒塌，一般通过在混凝土内预埋脱水管，能够较长时间排出采空区中的水，但脱水管排水面积小，基本通过渗流脱水，脱水量小。该法在浇筑混凝土前必须在巷道顶、底板与两帮挖抗滑槽，在靠近采空区的巷道实施挖槽工作具有一定的危险性。另外，该方法需要支模、拆模和养护等工序，时间长，成本较高。（3）木挡墙：砌筑挡墙的木板厚度大于60mm，木板与木立柱用钢钉加固连接，麻袋布固定在木板上用于滤水。该法优点是挡墙具有一定滤水能力，施工后隔天就能进行充填作业，缩短了施工周期，国内很多矿山使用木挡墙。但木材易于腐蚀，挡墙强度较低，跑浆事故经常发生，严重危及采矿人员的安全。该方法能够封闭的巷道断面小，不宜超过12m2断面。
总体来说，现有的尾砂充填封闭墙有以下缺陷：（1）挡墙设计主要是考虑挡墙的支撑力及其安全性，脱水功能设计考虑少。（2）封闭墙现场施工装配化程度低，工人劳动强度大，在临近采空区恶劣危险环境条件下工作时间长，至少2天；（3）安全性差。一方面，封闭施工时，必须对封闭巷道顶底板及边帮进行挖槽清理，容易造成采空区周边已经严重损伤的围岩受到二次破坏而冒落、塌方从而危及操作工人的安全；另一方面，封闭挡墙稳定性差，特别易受周边爆破震动破坏，导致跑浆及封闭墙倒塌等安全事故。
发明内容：
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种尾砂充填脱水封闭墙及其施工方法，结构设计简单、合理，有效解决脱水性差、安全性差以及施工工艺复杂等问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种尾砂充填脱水封闭墙，包括巷道，所述巷道内设置有纵截面为直角梯形状的立体框架，所述立体框架的前侧面为斜面且固联有前密封网，立体框架的后侧面固联有后密封网，所述前密封网、后密封网、巷道的顶板、底板以及两帮之间围成一空腔，所述空腔内填充有填料；所述立体框架的后端于后密封网的外侧固联有门框，所述门框内部铺设有透水层。
进一步的，所述前密封网的外表面铺挂有竹栅。
进一步的，所述门框与巷道顶板、底板以及两帮之间的空隙填充有快凝水泥砂浆。
进一步的，所述前密封网和后密封网均为钢筋网。
进一步的，所述后密封网由若干片钢筋网沿竖向拼接组成。
进一步的，所述透水层由3～5层土工布和钢纤维加工制成，土工布的等效孔径为0.1-0.3mm。
进一步的，所述填料为矸石或者矸石与卵石的混合。
进一步的，所述立体框架由若干根钢管拼接制成；所述门框的材质为塑料。
进一步的，所述立体框架的前侧斜面设置有剪刀撑；所述门框内部可拆设置有横竖交错的加强筋，以提高透水层的强度。
本发明采用的另一种技术方案是：一种尾砂充填脱水封闭墙的施工方法，包含如下步骤：
步骤S1：在采空区选取封闭的位置，选取断面规整、没有冒顶片帮的巷道；
步骤S2：根据巷道断面的形状及尺寸，预制用以拼装立体框架的钢管、前密封网、后密封网、竹栅、门框、透水层、加强筋以及剪刀撑；
步骤S3：根据立体框架的尺寸计算出填料的填充量，并通过铲车或矿车将填料运输至封闭的位置；
步骤S4：装配立体框架和填充填料：
步骤S41：清理巷道底板、顶板以及两帮的浮石；
步骤S42：将预制好的钢管拼接成纵截面为直角梯形的立体框架，在立体框架的前侧斜面安装剪刀撑；
步骤S43：将前密封网绑扎在立体框架的前侧斜面；
步骤S44：在前密封网的外表面铺挂竹栅，并将竹栅与前密封网绑扎在一起；
步骤S45：从立体框架的后侧面底部开始绑扎一片钢筋网，接着用铲车向立体框架内部投放填料，人工辅助码放；当填料投放至接近钢筋网的顶部时，再绑扎一片钢筋网，依次循环直至填料投放至立体框架的顶部；
步骤S46：在立体框架的后侧面顶部绑扎一片钢筋网，多片钢筋网构成后密封网，以将立体框架的后侧面密封；
步骤S5：通过膨胀螺栓将门框安装在立体框架的后端，接着通过封条将透水层安装在门框上，最后在门框上安装横纵交错的加强筋，以提高透水层的强度；
步骤S6：在门框与巷道顶板、底板以及两帮之间的空隙填充快凝水泥砂浆，以实现密封，形成封闭墙；
步骤S7：对封闭墙进行质量检查。
与现有技术相比，本发明具有以下效果：本发明结构合理、支撑力学性能好，同时具有脱水性好、安全性高，并且施工简单、效率高的优点。
附图说明：
图1是本发明实施例的构造示意图；
图2是图1中的A-A剖面构造示意图；
图3是图1中的B-B剖面构造示意图。
图中：
1-立体框架；2-前密封网；3-后密封网；4-巷道；5-填料；6-门框；7-透水层；8-竹栅；9-快凝水泥砂浆；10-剪刀撑；11-加强筋。
具体实施方式:
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1-3所示，本发明一种尾砂充填脱水封闭墙，包括巷道4，所述巷道4内设置有纵截面为直角梯形状的立体框架1，所述立体框架1的前侧面为斜面且固联有前密封网2，立体框架1的后侧面固联有后密封网3，所述前密封网2、后密封网3、巷道4的顶板、底板以及两帮之间围成一空腔，所述空腔内填充有填料5；所述立体框架1的后端于后密封网3的外侧固联有门框6，所述门框6内部铺设有透水层7。通过设置立体框架1、前、后密封网以及填料5构成一定形状的柔性挡墙，不仅具有良好的力学支撑和防冲击，而且可起到对尾砂等固体颗粒的沉淀及过滤作用；通过设置门框6及透水层7，可实现良好的脱水，并防止水泥等细颗粒固体泄露出采空区。这两者相结合，有效的解决传统中脱水性差、安全性差、施工工艺复杂等问题。
本实施例中，所述前密封网2的外表面铺挂有竹栅8，竹栅8通过铁丝绑扎在前密封网2上，以便于初步阻挡充填砂浆。
本实施例中，所述立体框架1前侧斜面的倾斜角度为45°～60°；优选采用50°。
本实施例中，所述门框6与巷道4顶板、底板以及两帮之间的空隙填充有快凝水泥砂浆9进行密封，不仅保证封闭墙四周良好的密封性，而且可对门框起到加固作用，使门框与巷道成为整体。如若门框与巷道之间的空隙较大，可先填塞石块在用快凝水泥砂浆填塞密封空隙。
本实施例中，所述前密封网2和后密封网3均为钢筋网，以便于有较高的结构强度。优选的，钢筋网的钢筋规格为Φ2-10mm，网孔尺寸20cm*20cm；单片钢筋网面积不大于6m2。前密封网与后密封网均经由钢丝绑扎在立体框架上。
本实施例中，所述后密封网3由若干片钢筋网沿竖向拼接组成；相邻两片钢筋网之间通过钢丝绑扎。
本实施例中，所述透水层由3～5层土工布和钢纤维加工制成，土工布的等效孔径为0.1-0.3mm，优选采用0.2mm；土工布的渗透系数为(1.0-9.9)*(0.1-0.01)cm/s。所述透水层经由塑料封条安装在门框上。
本实施例中，所述填料5为矸石或者矸石与卵石的混合。当填料采用矸石时，要求矸石单轴抗压强度大于20Mpa, 粒径为20cm～50cm；当矸石的单轴抗压强度小于20Mpa时，则采用矸石与卵石混合，卵石的含量为30%。
本实施例中，所述立体框架1由若干根Φ5-22cm的钢管拼接制成，钢管之间的连接可选用螺栓或管套等作为连接件；根据封闭的断面大小选择钢管大小并进行形状加工。
本实施例中，所述门框6的材质为塑料，门框的厚度为3～5cm，门框的尺寸由井巷断面大小而定。门框通过金属膨胀螺栓或塑料螺栓固定在立体框架上。
本实施例中，所述立体框架1的前侧斜面设置有剪刀撑10，以提高立体框架前侧斜面的结构强度；所述门框内部可拆设置有横竖交错的加强筋，加强支撑，以提高透水层的强度。
本实施例中，通过竹栅8、前密封网2、后密封网3、立体框架1以及填料5构成柔性挡墙，该柔性挡墙一方面具有良好的力学支撑性能，既能承受500m以上水头的静压力，又可以承受约为6.3×1013焦耳爆破震动释放的能量；另一方面立体框架内部的矸石孔隙具有良好的渗透性，同时梯形坡面及墙内级配良好的矸石对尾砂具有反滤沉淀作用。通过门框及由土工布和钢纤维制成的透水层，使得不仅具有很好的透水性，又可以过滤水泥和细尾砂，同时还有一定的强度。通过实验知道，该部分土工布墙每小时每平方可以进行尾砂脱水10-15m3，脱水效果好；水泥等细颗粒基本没有泄露。
本发明的优点在于：（1）脱水效果好:封闭墙脱水面积可达到封闭断面的90%。每平方断面脱水量每小时达10-15m3。（2）支撑力学性能好：一方面承受压力大，可以承受500m以上水头的压力，另一方面可以承受爆破振动冲击，立体框架内的矸石为柔性体，井下相邻采区的爆破振动不会使挡墙倒塌。（3）安全性好，井下施工效率高：大部分零件可以实现车间标准化生产，井下施工装配化程度高，2-4个小时就可以完成全部井下封闭施工。（4）施工前期工艺不需挖槽，施工后期不需要养护，施工完成后可立即投入生产。
本发明的用途：（1）适用于尾砂充填法开采的矿山，特别是采场涌水量大、不易排水的矿山；（2）适用于各种断面形状的水平或者倾斜巷道；（3）适用于大跨度断面，超过16m2的断面也可以使用。
本发明采用的另一种技术方案是：一种尾砂充填脱水封闭墙的施工方法，包含如下步骤：
步骤S1：在采空区选取适合封闭的位置，选取断面规整、没有冒顶片帮的巷道；一般靠近采空区，距离采场边界3～5m；
步骤S2：根据巷道断面的形状及尺寸，在车间内预制用以拼装立体框架的钢管、前密封网、后密封网、竹栅、门框、透水层、加强筋以及剪刀撑；
步骤S3：根据立体框架的尺寸计算出填料（矸石或矸石与卵石的混合）的填充量，按照一定的级配准备石材，并通过铲车或矿车将填料运输至封闭的位置；
步骤S4：装配立体框架和填充填料：
步骤S41：清理巷道底板、顶板以及两帮的浮石，不需挖槽；
步骤S42：将预制好的钢管拼接成纵截面为直角梯形的立体框架，在立体框架的前侧斜面安装剪刀撑；
步骤S43：用铁丝将前密封网绑扎在立体框架的前侧斜面，使之成为一体；
步骤S44：在前密封网的外表面铺挂竹栅，并将竹栅与前密封网绑扎在一起，用以初步阻挡充填砂浆；
步骤S45：从立体框架的后侧面底部开始绑扎一片钢筋网，接着用铲车向立体框架内部投放填料，人工辅助码放；当填料投放至接近钢筋网的顶部时，再绑扎一片钢筋网，依次循环（可为2～4次）直至填料投放至立体框架的顶部；
步骤S46：在立体框架的后侧面顶部绑扎一片钢筋网，多片钢筋网构成后密封网，以将立体框架的后侧面密封，防止矸石塌落跑出钢筋石笼；
步骤S5：将少量暴露或遗留在立体框架外的矸石清理干净；将依照巷道规格制造的门框紧挨立体框架后端，反复调整位置，使门框与巷道尽量吻合，减小与巷道的空隙；门框位置调整好后，通过膨胀螺栓将门框安装在立体框架的后端，保持门框稳定性；在门框安装好后，通过塑料封条将透水层安装在门框上，最后在门框上安装横纵交错的加强筋，以提高透水层的强度；
步骤S6：在门框与巷道顶板、底板以及两帮之间的空隙填充快凝水泥砂浆，以实现密封，形成封闭墙；如果空隙较大，先填塞石块，再填充快凝水泥砂浆，保证封闭墙四周良好的密封性；
步骤S7：对封闭墙进行质量检查。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种尾砂充填脱水封闭墙，包括巷道，其特征在于：所述巷道内设置有纵截面为直角梯形状的立体框架，所述立体框架的前侧面为斜面且固联有前密封网，立体框架的后侧面固联有后密封网，所述前密封网、后密封网、巷道的顶板、底板以及两帮之间围成一空腔，所述空腔内填充有填料；所述立体框架的后端于后密封网的外侧固联有门框，所述门框内部铺设有透水层。
2.根据权利要求1所述的一种尾砂充填脱水封闭墙，其特征在于：所述前密封网的外表面铺挂有竹栅。
3.根据权利要求1所述的一种尾砂充填脱水封闭墙，其特征在于：所述门框与巷道顶板、底板以及两帮之间的空隙填充有快凝水泥砂浆。
4.根据权利要求1所述的一种尾砂充填脱水封闭墙，其特征在于：所述前密封网和后密封网均为钢筋网。
5.根据权利要求4所述的一种尾砂充填脱水封闭墙，其特征在于：所述后密封网由若干片钢筋网沿竖向拼接组成。
6.根据权利要求1所述的一种尾砂充填脱水封闭墙，其特征在于：所述透水层由3～5层土工布和钢纤维加工制成，土工布的等效孔径为0.1-0.3mm。
7.根据权利要求1所述的一种尾砂充填脱水封闭墙，其特征在于：所述填料为矸石或者矸石与卵石的混合。
8.根据权利要求1所述的一种尾砂充填脱水封闭墙，其特征在于：所述立体框架由若干根钢管拼接制成；所述门框的材质为塑料。
9.根据权利要求1所述的一种尾砂充填脱水封闭墙，其特征在于：所述立体框架的前侧面设置有剪刀撑；所述门框内部可拆设置有横竖交错的加强筋，以提高透水层的强度。
10.一种尾砂充填脱水封闭墙的施工方法，其特征在于：包括采用如权利要求1～9所述的任意一种尾砂充填脱水封闭墙，包含如下步骤：
步骤S1：在采空区选取封闭的位置，选取断面规整、没有冒顶片帮的巷道；
步骤S2：根据巷道断面的形状及尺寸，预制用以拼装立体框架的钢管、前密封网、后密封网、竹栅、门框、透水层、加强筋以及剪刀撑；
步骤S3：根据立体框架的尺寸计算出填料的填充量，并通过铲车或矿车将填料运输至封闭的位置；
步骤S4：装配立体框架和填充填料：
步骤S41：清理巷道底板、顶板以及两帮的浮石；
步骤S42：将预制好的钢管拼接成纵截面为直角梯形的立体框架，在立体框架的前侧面安装剪刀撑；
步骤S43：将前密封网绑扎在立体框架的前侧面；
步骤S44：在前密封网的外表面铺挂竹栅，并将竹栅与前密封网绑扎在一起；
步骤S45：从立体框架的后侧面底部开始绑扎一片钢筋网，接着用铲车向立体框架内部投放填料，人工辅助码放；当填料投放至接近钢筋网的顶部时，再绑扎一片钢筋网，依次循环直至填料投放至立体框架的顶部；
步骤S46：在立体框架的后侧面顶部绑扎一片钢筋网，多片钢筋网构成后密封网，以将立体框架的后侧面密封；
步骤S5：通过膨胀螺栓将门框安装在立体框架的后端，接着通过封条将透水层安装在门框上，最后在门框上安装横纵交错的加强筋，以提高透水层的强度；
步骤S6：在门框与巷道顶板、底板以及两帮之间的空隙填充快凝水泥砂浆，以实现密封，形成封闭墙；
步骤S7：对封闭墙进行质量检查。
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