CN112901260A - 一种提高矿山充填体整体强度的方法 - Google Patents
一种提高矿山充填体整体强度的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112901260A CN112901260A CN202110107968.4A CN202110107968A CN112901260A CN 112901260 A CN112901260 A CN 112901260A CN 202110107968 A CN202110107968 A CN 202110107968A CN 112901260 A CN112901260 A CN 112901260A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- filling
- colloidal
- air bag
- cylindrical
- cylinder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 8
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005429 filling process Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
- E21F15/005—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings characterised by the kind or composition of the backfilling material
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F15/00—Methods or devices for placing filling-up materials in underground workings
- E21F15/08—Filling-up hydraulically or pneumatically
Abstract
本发明涉及一种提高矿山充填体整体强度的方法，属于矿山采空区充填技术领域。本发明针对矿山向上水平分层充填采矿法，在下一分层充填体内部均匀布置气囊结构作为上一分层充填料浆的填充区，其中气囊结构为同心圆柱充气胶质体结构。分层充填时，充填至距上一分层充填区0.9～1.1m时，放置同心圆柱充气胶质体结构的预制件，预制件内充入空气使其膨胀形成气囊结构，下分层充填体凝固后，在气囊结构上铺设承载板，进行下一分层的采矿作业；采矿作业结束后，撤去气囊结构上的承载板，气囊结构放气处理，回收预制件，对充填体的空区进行填充。本发明通过预设气囊结构作为上一分层充填料浆的填充区，充填结束后，不同分层间能形成良好的黏结作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高矿山充填体整体强度的方法，属于矿山采空区充填技术领域。
背景技术
随着国家对环保的重视，目前，越来越多针对矿山的环保政策出台，充填采矿法开始在越来越多的国家和矿山企业应用，该方法能够最大限度的回收矿产资源，保护地下、地表环境。特别是近些年来，而随着充填材料、充填工艺、管道输送装备和技术的不断进步，充填采矿法在有色金属矿山和贵重金属矿山得到了广泛应用。随着充填成本的不断降低和矿产品价格的持续走高，充填法因其无可替代的优势，在煤矿、铁矿等传统上不宜采用充填法的矿山，应用比重也越来越大。
目前，大多数的矿山分层充填体交界面的加固方法为浇注钢筋混凝土、改变不同分层的配比、用高强度充填料进行交界面的充填等。虽然上述传统的方法虽然能够提高充填体整体强度，但是在交界面同样会造成层间充填材料的强度差，在采矿爆破震动和其他因素的影响下，交界面处较容易出现裂纹，成为充填体的沥水通道，使充填体失去一定的承载能力。总的说来，传统的施工方法在充填结构上并没有实质性的改变，且需要投入更高的成本，并且也无法达到所需的矿山充填体整体强度。
发明内容
本发明针对现有技术中矿山分层充填体交界面的加固问题，提供一种提高矿山充填体整体强度的方法，本发明针对矿山向上水平分层充填采矿法，在下一分层充填体内部均匀布置气囊结构作为上一分层充填料浆的填充区，其中气囊结构为同心圆柱充气胶质体结构。分层充填时，充填至距上一分层充填区0.9～1.1m时，放置同心圆柱充气胶质体结构的预制件，预制件内充入空气使其膨胀形成气囊结构，下分层充填体凝固后，在气囊结构上铺设承载板，进行下一分层的采矿作业；采矿作业结束后，撤去气囊结构上的承载板，气囊结构放气处理，回收预制件，对充填体的空区进行填充。
传统的处理方式为在交界面充填高强度充填料浆或是铺设钢筋混凝土材料，能达到同样的整体加固效果，但是相应的施工成本高，工序复杂，需要投入更多的人力和物力；与此同时，相应的高强度材料在分层间与原有的充填体没能形成良好的契合效果，容易造成爆破应力波的发射导致拉伸破坏。本发明通过预设气囊结构作为上一分层充填料浆的填充区，充填结束后，不同分层间能形成良好的黏结作用；通过将相邻上下层通过预留气囊结构的充填区结合成整体，可提高采空区充填体整体强度，有效减弱充填体分层交界面的剪切破坏和裂隙带的形成。
一种提高矿山充填体整体强度的方法，针对矿山向上水平分层充填采矿法，相邻两次充填采矿作业中，在下一分层充填体内部均匀布置气囊结构作为上一分层充填料浆的填充区；
其中气囊结构为同心圆柱充气胶质体结构；
所述气囊结构包括圆柱胶质体I和圆柱胶质体II，圆柱胶质体I设置在圆柱胶质体II顶端且圆柱胶质体I与圆柱胶质体II同圆心，圆柱胶质体I的底端与圆柱胶质体II的顶端连通，圆柱胶质体I与圆柱胶质体II的连接处为倒角结构，圆柱胶质体I的直径d1小于圆柱胶质体II的直径d2；
进一步的，所述圆柱胶质体I的直径d1为20-50cm，圆柱胶质体II的直径d2为圆柱胶质体I直径d1的2～5倍，圆柱胶质体II的直径d2为40～100cm，圆柱胶质体I的高度h1与圆柱胶质体II的高度h2的比为2:3，且50cm≤h1+h2≤120cm。
所述同心圆柱充气胶质体结构为一体成型的橡胶气囊，充气膨胀为固定体积，柔韧性好，放气时体积缩小易回收，使用轻便快捷，可多次循环使用；
所述方法的具体步骤如下：
(1)对气囊结构进行强度分析得到圆柱胶质体I的直径d1，设计圆柱胶质体I的高度h1、圆柱胶质体II的直径d2、圆柱胶质体II的高度h2，根据充填区面积大小计算出同心圆柱充气胶质体结构的数量；
(2)分层充填时，充填至距上一分层充填区0.9～1.1m时，放置同心圆柱充气胶质体结构的预制件，预制件内充入空气使其膨胀形成气囊结构，下分层充填体凝固后，在气囊结构上铺设承载板，进行下一分层的采矿作业；
(3)采矿作业结束后，撤去气囊结构上铺设的承载板，气囊结构放气处理，回收预制件，对气囊结构的空区进行填充，填充体作为上一分层充填体的充填区，该充填区作为加固结构；
所述承载板能够使膨胀气囊结构均匀受力，以防止上一层采矿作业时人员设备对气囊结构造成破坏；膨胀气囊结构能够有效承载由于充填体带来的压力。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过预设气囊结构作为上一分层充填料浆的填充区，充填结束后，不同分层间能形成良好的黏结作用；可提高采空区充填体的整体强度，承载力大，能够有效防止在爆破震动和其他因素的影响下充填体失稳垮落以及裂纹的形成；
(2)本发明气囊结构能够有效增大两次充填体之间接触面积，对于脆性材料的破坏，多数破坏形式为拉伸和剪切破坏，接触面积的增大能有效增大充填体整体的抗剪和抗拉能力，充填体分层间为互相嵌入，没有相对平整的直接接触，对于大多数的金属矿，由于矿石相对坚硬，落矿方式一般为爆破落矿，在爆破应力波的作用下，由于接触面带的强度差异，分层交界间接成为自由面，极易导致裂纹的形成；充填体之间出现离层间隙，地应力的传递被中断，充填体容易发生破坏，整体稳定性降低；
(3)本发明方法施工过程工序简单，操作方便，对采矿作业影响小，且预制的胶质加固结构易回收进行多次循环利用。
附图说明
图1为矿山向上水平分层充填采矿的整体填充示意图(主视图)；
图2为气囊结构布置图(俯视图)；
图3为单个气囊结构布置图(主视图)；
图4为气囊结构图；
图5为单个气囊受力分析图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种提高矿山充填体整体强度的方法，针对矿山向上水平分层充填采矿法，相邻两次充填采矿作业中，在下一分层充填体内部均匀布置气囊结构作为上一分层充填料浆的填充区(见图1、图2和图3)；
其中气囊结构为同心圆柱充气胶质体结构(见图4)；
气囊结构包括圆柱胶质体I和圆柱胶质体II，圆柱胶质体I设置在圆柱胶质体II顶端且圆柱胶质体I与圆柱胶质体II同圆心，圆柱胶质体I的底端与圆柱胶质体II的顶端连通，圆柱胶质体I与圆柱胶质体II的连接处为倒角结构，圆柱胶质体I的直径d1小于圆柱胶质体II的直径d2；
圆柱胶质体I的直径d1为20-50cm，圆柱胶质体II的直径d2为圆柱胶质体I直径d1的2～5倍，圆柱胶质体II的直径d2为40～100cm，圆柱胶质体I的高度h1与圆柱胶质体II的高度h2的比为2:3，且50cm≤h1+h2≤120cm。
同心圆柱充气胶质体结构为一体成型的橡胶气囊，充气膨胀为固定体积，柔韧性好，放气时体积缩小易回收，使用轻便快捷，可多次循环使用。
实施例2：一种提高矿山充填体整体强度的方法，采用实施例1的气囊结构，针对矿山向上水平分层充填采矿法，相邻两次充填采矿作业中，在下一分层充填体内部均匀布置气囊结构作为上一分层充填料浆的填充区(见图1、图2和图3)；方法的具体步骤如下：
(1)对气囊结构进行强度分析得到圆柱胶质体I的直径d1，设计圆柱胶质体I的高度h1、圆柱胶质体II的直径d2、圆柱胶质体II的高度h2，计算出同心圆柱充气胶质体结构的数量；
对于岩石或混凝土类的脆性材料，其破坏形式一般为剪切和拉伸破坏，从拉伸强度和剪切强度对单个气囊结构进行理论分析，受力分析图见图5；
F1引起的拉应力：
依据理论推导，由不同充填体分层充填体交界面错动(Fs的作用下)带来的剪切力τ为：
τ≈0.6σ
按第四强度理论计算当量应力：
强度条件为：
其中[σ]为充填体的单轴抗压强度，F1为充填分层之间的拉应力，
在实际中，根据强度条件设计加固结构尺寸，如下式：
在设计计算过程中，单个气囊结构进行受力分析计算，单个气囊结构设计在2m×2m的充填体范围内，拉应力值分层充填体重力的30％折算；
矿山向上水平分层充填采矿法不同分层充填体之间的气囊结构，布置于下分层的充填体内，大小和数量依据充填采空区的面积大小根据一次充填厚度确定，若充填高度增加或减小1m，圆柱胶质体I的高度h1与圆柱胶质体II的高度h2的高度和增减10cm，每个气囊结构单元划分为正方形，边长设计为2m,并作为气囊结构数量确定的设计依据；
(2)分层充填时，充填至距上一分层充填区0.9～1.1m时，放置同心圆柱充气胶质体结构的预制件，预制件内充入空气使其膨胀形成气囊结构，下分层充填体凝固后，在气囊结构上铺设承载板(承载板的尺寸为1.5m×1.5m)，进行下一分层的采矿作业；
(3)采矿作业结束后，撤去气囊结构上铺设的承载板，气囊结构放气处理，回收预制件，对气囊结构的空区进行填充，填充体作为上一分层充填体的充填区；
承载板能够使膨胀气囊结构均匀受力，以防止上一层采矿作业时人员设备对气囊结构造成破坏；膨胀气囊结构能够有效承载由于充填体带来的压力。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (4)
1.一种提高矿山充填体整体强度的方法，其特征在于，针对矿山向上水平分层充填采矿法，相邻两次分层充填采矿作业中，在下一分层充填体内部均匀布置气囊结构作为上一分层充填料浆的填充区；
其中气囊结构为同心圆柱充气胶质体结构。
2.根据权利要求1所述提高矿山充填体整体强度的方法，其特征在于：气囊结构包括圆柱胶质体I和圆柱胶质体II，圆柱胶质体I设置在圆柱胶质体II顶端且圆柱胶质体I与圆柱胶质体II同圆心，圆柱胶质体I的底端与圆柱胶质体II的顶端连通，圆柱胶质体I与圆柱胶质体II的连接处为倒角结构，圆柱胶质体I的直径d1小于圆柱胶质体II的直径d2。
3.根据权利要求2所述提高矿山充填体整体强度的方法，其特征在于：圆柱胶质体I的直径d1为20-50cm，圆柱胶质体II的直径d2为圆柱胶质体I直径d1的2～5倍，圆柱胶质体II的直径d2为40～100cm，圆柱胶质体I的高度h1与圆柱胶质体II的高度h2的比为2:3，且50cm≤h1+h2≤120cm。
4.根据权利要求2或3所述提高矿山充填体整体强度的方法，其特征在于：方法的具体步骤如下：
(1)对气囊结构进行强度分析得到圆柱胶质体I的直径d1，设计圆柱胶质体I的高度h1、圆柱胶质体II的直径d2、圆柱胶质体II的高度h2，根据充填区面积大小计算出同心圆柱充气胶质体结构的数量；
(2)分层充填时，充填至距上一分层充填区0.9～1.1m时，放置同心圆柱充气胶质体结构的预制件，预制件内充入空气使其膨胀形成气囊结构，下分层充填体凝固后，在气囊结构上铺设承载板，进行下一分层的采矿作业；
(3)采矿作业结束后，撤去气囊结构上铺设的承载板，气囊结构放气处理，回收预制件，对气囊结构的空区进行填充，填充体作为上一分层充填体的充填区。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110107968.4A CN112901260B (zh) | 2021-01-27 | 2021-01-27 | 一种提高矿山充填体整体强度的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110107968.4A CN112901260B (zh) | 2021-01-27 | 2021-01-27 | 一种提高矿山充填体整体强度的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112901260A true CN112901260A (zh) | 2021-06-04 |
| CN112901260B CN112901260B (zh) | 2022-03-25 |
Family
ID=76120536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110107968.4A Active CN112901260B (zh) | 2021-01-27 | 2021-01-27 | 一种提高矿山充填体整体强度的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112901260B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU718610A1 (ru) * | 1978-09-12 | 1980-02-29 | Предприятие П/Я М-5703 | Способ закладки выработанного пространства при слоевой отработке в нисход щем пор дке |
| RU2012124924A (ru) * | 2012-06-15 | 2013-12-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт обогащения и механической обработки полезных ископаемых "Уралмеханобр" (ОАО "Уралмеханобр") | Способ комбинированной разработки крутопадающих рудных тел |
| CN105041314A (zh) * | 2015-06-13 | 2015-11-11 | 招金矿业股份有限公司大尹格庄金矿 | 一种深部嗣后回采矿房—分层回采矿柱的联合采矿法 |
| CN105952451A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-09-21 | 北京科技大学 | 一种气垫式预留空间的进路式采矿装置及方法 |
| CN106382118A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-02-08 | 长沙矿山研究院有限责任公司 | 无隔离墙主动接顶壁式充填采矿法 |
| CN208347829U (zh) * | 2018-05-21 | 2019-01-08 | 金川集团股份有限公司 | 一种利用可回收气囊来预留充填小井的装置 |
| CN111485883A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-04 | 昆明理工大学 | 基于膏体-多介质协同充填的高地应力环境低成本采矿方法 |
| CN111828007A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-27 | 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 | 一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法 |
-
2021
- 2021-01-27 CN CN202110107968.4A patent/CN112901260B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU718610A1 (ru) * | 1978-09-12 | 1980-02-29 | Предприятие П/Я М-5703 | Способ закладки выработанного пространства при слоевой отработке в нисход щем пор дке |
| RU2012124924A (ru) * | 2012-06-15 | 2013-12-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектный институт обогащения и механической обработки полезных ископаемых "Уралмеханобр" (ОАО "Уралмеханобр") | Способ комбинированной разработки крутопадающих рудных тел |
| CN105041314A (zh) * | 2015-06-13 | 2015-11-11 | 招金矿业股份有限公司大尹格庄金矿 | 一种深部嗣后回采矿房—分层回采矿柱的联合采矿法 |
| CN105952451A (zh) * | 2016-07-07 | 2016-09-21 | 北京科技大学 | 一种气垫式预留空间的进路式采矿装置及方法 |
| CN106382118A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-02-08 | 长沙矿山研究院有限责任公司 | 无隔离墙主动接顶壁式充填采矿法 |
| CN208347829U (zh) * | 2018-05-21 | 2019-01-08 | 金川集团股份有限公司 | 一种利用可回收气囊来预留充填小井的装置 |
| CN111485883A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-04 | 昆明理工大学 | 基于膏体-多介质协同充填的高地应力环境低成本采矿方法 |
| CN111828007A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-27 | 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司 | 一种地下矿山采空区遗留间柱的回采方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 施祖远等: "上向分层充填采矿法在赣州铀矿的应用及展望", 《金属矿山》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112901260B (zh) | 2022-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105952451B (zh) | 一种气垫式预留空间的进路式采矿装置及方法 | |
| US10612378B2 (en) | Method for recovering room-mining coal pillars by solid filling in synergy with artificial pillars | |
| Guo et al. | Numerical simulation of overburden and surface movements for Wongawilli strip pillar mining | |
| CN110424966B (zh) | 一种超高水材料充填工作面矸石泵送留巷无煤柱开采方法 | |
| CN103573273B (zh) | 沿空留巷巷旁柔强双层复合支护高强材料适宜性评价方法 | |
| CN104847380B (zh) | 一种减小隧道衬砌结构内力的结构及其施工方法 | |
| CN111042817B (zh) | 一种间隔胶结支柱削壁充填采矿法 | |
| CN102425138A (zh) | 废旧轮胎护坡或防洪堤 | |
| CN111878117A (zh) | 一种下向进路充填法人工假顶设施及构筑方法 | |
| CN110781597B (zh) | 一种基于煤矿切顶弱化的切顶高度的计算方法 | |
| CN112901260B (zh) | 一种提高矿山充填体整体强度的方法 | |
| CN107587878A (zh) | 井筒与井底车场连接结构 | |
| CN113931687B (zh) | 一种利用网-面组合结构加固充填胶结面的方法 | |
| CN204385731U (zh) | 预应力混凝土管桩x型销接头 | |
| CN206128095U (zh) | 用于大型无底钢围堰的气囊下水装置 | |
| CN113326548B (zh) | 一种下向水平分层进路式充填体强度设计模型的构建方法 | |
| CN210317342U (zh) | 大倾角工作面松软煤层注浆加固的结构 | |
| CN212898543U (zh) | 一种基于废旧轮胎回收利用的采矿环境再造充填结构 | |
| CN114109490A (zh) | 一种预制钢筋混凝土板人工假顶关键层构筑工艺 | |
| CN207554109U (zh) | 金矿采场底部切割巷道充填用混凝土假底 | |
| CN103046934A (zh) | 一种置孔释压材料用于软围岩巷道的支护方法 | |
| CN112081624B (zh) | 一种基于废旧轮胎回收利用的采矿环境再造方法 | |
| CN105970838A (zh) | 上承式拱桥拱顶填料卸载与加固施工方法及应用 | |
| CN206484011U (zh) | 一种175吨铁水罐罐壁结构 | |
| CN201059193Y (zh) | 多筋弧板式可缩井壁t形肋板装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |