CN113339066B - 一种消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法，属于采矿技术领域。该方法在通往采空区巷道中选取20～40米，依次施工减波巷道、半封堵消波墙和全封堵消波墙，半封堵消波墙布置3～4个，相邻半封堵消波墙之间间距5～10m，在每座半封堵消波墙前方施工减波巷道，减波巷道与原巷道夹角不大于30°，在最后一座半封堵消波墙前方布置全封堵消波墙。该方法可应对各种类型及大小采空区顶板的冒落冲击波，可根据实际情况进行灵活调整。能够避免高压空气引起的二次灾害，可彻底消除采空区顶板冒落冲击波的危害。

Description

一种消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，特别是指一种消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法。

背景技术

矿山开采过程中，不可避免的会产生采空区，尤其是采用空场法开采的矿山，若不能及时进行有效处理，一旦采空区顶板发生大面积塌落，会极速压缩空区内空间，形成冲击气浪，造成人员伤亡和设备损坏。井下采空区的处理方式之一是将入口进行封堵，即在采空区入口修筑密闭墙进行封闭，防止采空区大面积冒落形成的空气冲击波冲出，该方法虽然可有效的将空气气浪封闭在空区内，但受到压缩的空气久聚不散，在地下形成高压气囊，成为影响矿山生产安全的新的重大危险源。若密闭墙强度不足，则极易被空气冲击波冲垮，形成高速弹射飞石，会造成更大的危害，因此为应对大空间的采空区顶板垮落事故，需要加厚密闭墙，增加成本，提高施工难度。

目前，现有研究中主要是采用修建密闭墙的方法应对空气冲击波，例如：

一种采空区坚硬顶板垮落冲击的巷道符合密闭方法中设计了缓冲硐室、三角形缓冲密闭墙、三层钢丝网混凝土、矩形混凝土密闭墙，具有稳定可靠的优点，但系统复杂，需浇筑大量混凝土，成本较高；一种矿用防冲密闭墙的施工方法中填充泡沫混凝土，具有轻便、防火、柔性强及施工速度快等优点，但该方法是将所有空气封闭在空区内，无法有效避免高压气体的二次危害；一种矿用抗冲击型密闭墙及其构建方法具有密封效果好，密封长度大，但该方法是将所有空气封闭在空区内，无法有效避免高压气体的二次危害。现有研究中提出了各种类型的密闭墙及施工方法，都可较好的对巷道进行密闭，具有足够的强度，但通常需要布置多层结构，浇筑混凝土，结构较为复杂，施工难度较大，无法重复利用。

一种矿山采空区空气冲击波灾害的防止方法中通过交错布置半封堵墙实现减弱冲击波的目的，具有工艺简单、成本低、可进入空区监测等优点，但该方法可靠性较差，对较大的空气冲击波防治效果较弱，且采用钢筋混凝土挡墙，施工复杂。

因此，为解决现有技术只能将压缩空气封堵在空区内，无法有效排出的问题，本发明通过填充特有配比的尾砂，实现空气冲击波的疏堵结合，彻底解决空气冲击波灾害。同时，本发明无需浇筑混凝土，可拆卸、重复利用，降低综合成本。本发明方法减波、消波显著，通过简单调整，可适应多种工况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法。

该方法在通往采空区巷道中选取20～40米，依次施工减波巷道、半封堵消波墙和全封堵消波墙，半封堵消波墙布置3～4个，相邻半封堵消波墙之间间距5～10m，在每座半封堵消波墙前方施工减波巷道，减波巷道与原巷道夹角不大于30°，在最后一座半封堵消波墙前方布置全封堵消波墙。

其中，减波巷道长度为5～10m。最后一座半封堵消波墙和全封堵消波墙间距为10～15m。

减波巷道开口宽度不小于采空区通道宽度，减波巷道深度为5～10m，减波巷道底部处理成圆弧状。

半封堵消波墙包括槽钢、横撑、斜撑、边帮膨胀螺栓、底板膨胀螺栓、底部固定钢板、钢筋网笼、麻袋片、编织袋片和充填尾砂，钢筋网笼有两片钢筋网通过连接钢筋焊接形成，钢筋网笼内衬编织袋片，充填尾砂填充在钢筋网笼内，填充完毕后，钢筋网笼上部采用麻袋片将上部开口封闭，钢筋网笼直立置于巷道中，钢筋网笼的钢筋网外侧与槽钢焊接，靠近巷道一侧的槽钢通过边帮膨胀螺栓固定在巷道边帮，巷道为弧形顶板时，槽钢高度与巷道边帮垂直部分相同，巷道为矩形断面时，槽钢高度比巷道高度小500mm，槽钢底部通过底板膨胀螺栓固定在底部固定钢板及底部围岩上，底部固定钢板长度不小于巷道宽度的2/3，但不充满巷道，分别在1/4槽钢高度和1/2槽钢高度处布置横撑，横撑钢板的宽度为100mm～150mm，厚度不小于10mm，横撑钢板与槽钢焊接，在1/2槽钢高度处的横撑处布置斜撑，斜撑与外侧和中间槽钢位置对应，斜撑与底板角度为45°，在最外侧和中间槽钢处布置斜撑，斜撑与底部固定钢板夹角为45°。

全封堵消波墙包括槽钢、底板、底板膨胀螺栓、横撑、斜撑、钢筋网、边帮膨胀螺栓、连接钢筋、编织袋片和全尾砂，两片钢筋网通过连接钢筋焊接形成钢筋网笼，钢筋网笼内衬编织袋片，全尾砂填充在钢筋网笼内，钢筋网外侧布置编织袋片，钢筋网笼直立置于巷道中，钢筋网笼的钢筋网外侧与槽钢焊接，靠近巷道两侧的槽钢通过边帮膨胀螺栓固定在巷道边帮，槽钢底部通过底板膨胀螺栓固定在底板及底部围岩上，分别在1/4巷道高度和1/2巷道高度处布置横撑，横撑钢板的宽度为100mm～150mm，厚度不小于10mm，横撑钢板与槽钢焊接，在1/2巷道高度处的横撑处布置斜撑，斜撑数量和位置与槽钢对应，斜撑与底板角度为45°。

钢筋网的钢筋直径不小于10mm，网度为100mm×100mm，连接钢筋根据钢筋网大小均匀布置，网度不大于500mm×500mm。

全尾砂包括两种粒径，粒径分别为1000μm≥d10≥500μm，d90≤50μm，两种粒径尾砂混合均匀后，将钢筋网笼填充密实，填充的过程中，在钢筋网外侧布置编织袋片。

槽钢开口向外，槽钢和钢筋网笼交替布置，相邻槽钢间距为1.5～2倍槽钢宽度。

边帮膨胀螺栓在巷道内由下向上均匀布置，相邻两个边帮膨胀螺栓间隔100～200mm。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，阻波效果显著，可应对各种类型及大小采空区顶板的冒落冲击波，可根据实际情况进行灵活调整。消波墙采用钢结构焊接及膨胀螺栓连接，无需浇筑混凝土，施工简单快速，且可重复利用。通过密实填充粗粒级与细粒级均匀混合的尾砂，可有效提高阻波效果，且内部留有大量微裂隙，使内部受到压缩的高压力空气可缓慢释放，避免高压空气引起的二次灾害，可彻底消除采空区顶板冒落冲击波的危害。

附图说明

图1为本发明的消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法整体布置示意图；

图2为图1中A-A剖面示意图；

图3为本发明中半封堵消波墙俯视图；

图4为图1中B-B剖面图；

图5为图1中A’-A’剖面图；

图6为本发明中全封堵消波墙俯视图；

图7为图1中B’-B’剖面图。

其中：1-全封堵消波墙；2-半封堵消波墙；3-减波巷道；4-槽钢；5-横撑；6-斜撑；7-边帮膨胀螺栓；8-底板膨胀螺栓；9-底部固定钢板；10-麻袋片；11-充填尾砂；12-钢筋网笼；13-钢筋网；14-底板；15-连接钢筋；16-全尾砂；17-编织袋片。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法。

如图1所示，该方法在通往采空区巷道中选取20～40米，依次施工减波巷道3、半封堵消波墙2和全封堵消波墙1，半封堵消波墙2布置3～4个，相邻半封堵消波墙2之间间距5～10m，在每座半封堵消波墙2前方施工减波巷道3，减波巷道3与原巷道夹角不大于30°，在最后一座半封堵消波墙2前方布置全封堵消波墙1。

如图2、图3和图4所示，半封堵消波墙2包括槽钢4、横撑5、斜撑6、边帮膨胀螺栓7、底板膨胀螺栓8、底部固定钢板9、钢筋网笼12、麻袋片10、编织袋片17和充填尾砂11，钢筋网笼12有两片钢筋网通过连接钢筋焊接形成，钢筋网笼12内衬编织袋片17，充填尾砂11填充在钢筋网笼12内，填充完毕后，钢筋网笼12上部采用麻袋片10将上部开口封闭，钢筋网笼12直立置于巷道中，钢筋网笼12的钢筋网外侧与槽钢4焊接，靠近巷道一侧的槽钢4通过边帮膨胀螺栓7固定在巷道边帮，巷道为弧形顶板时，槽钢4高度与巷道边帮垂直部分相同，巷道为矩形断面时，槽钢4高度比巷道高度小500mm，槽钢4底部通过底板膨胀螺栓8固定在底部固定钢板9及底部围岩上，底部固定钢板9长度不小于巷道宽度的2/3，但不充满巷道，分别在1/4槽钢高度和1/2槽钢高度处布置横撑5，横撑5钢板的宽度为100mm～150mm，厚度不小于10mm，横撑5钢板与槽钢4焊接，在1/2槽钢高度处的横撑5处布置斜撑6，斜撑6与外侧和中间槽钢4位置对应，斜撑6与底板14角度为45°，在最外侧和中间槽钢4处布置斜撑6，斜撑6与底部固定钢板9夹角为45°。

如图5、图6和图7所示，全封堵消波墙1包括槽钢4、底板14、底板膨胀螺栓8、横撑5、斜撑6、钢筋网13、边帮膨胀螺栓7、连接钢筋15、编织袋片17和全尾砂16，两片钢筋网13通过连接钢筋15焊接形成钢筋网笼12，钢筋网笼12内衬编织袋片17，全尾砂16填充在钢筋网笼12内，钢筋网13外侧布置编织袋片17，钢筋网笼12直立置于巷道中，钢筋网笼12的钢筋网外侧与槽钢4焊接，靠近巷道两侧的槽钢4通过边帮膨胀螺栓7固定在巷道边帮，槽钢4底部通过底板膨胀螺栓8固定在底板14及底部围岩上，分别在1/4巷道高度和1/2巷道高度处布置横撑5，横撑5钢板的宽度为100mm～150mm，厚度不小于10mm，横撑5钢板与槽钢4焊接，在1/2巷道高度处的横撑5处布置斜撑6，斜撑6数量和位置与槽钢4对应，斜撑6与底板14角度为45°。

下面结合具体实施例予以说明。

具体施工中，顺序如下：减波巷道→半封堵消波墙→全封堵消波墙。

(1)全封堵消波墙的施工工艺

全封堵消波墙的作用是将绝大部分冲击波阻挡在巷道内部，后期内部空气通过全封堵消波墙的尾孔隙缓慢泄露出，既防止了大规模冲击波的危害，又可以防止空气集聚不散形成高压产生的二次隐患。

选择巷道稳固部位进行施工，首先对巷道底板和两帮进行清理，去除浮石。

根据巷道形状，制作两片钢筋网13，钢筋直径不小于10mm，网度100mm×100mm，两个钢筋网13通过相同规格的连接钢筋15进行焊接连接，组装成钢筋网笼12。连接钢筋15长1～1.5m。连接钢筋15根据网片大小均匀布置，网度不应大于500mm×500mm。里侧的钢筋网13内侧采用编织袋片17进行铺设完全。将钢筋网笼12直立放置于巷道中，与巷道断面之间的缝隙通过编织袋、海绵或麻袋片等材料进行填塞，也可采用喷浆的方式封堵。布置完毕后，在外侧钢筋网13空隙处向内部填充全尾砂16，全尾砂16为两种粒径，粒径分别为1000μm≥d10≥500μm，d90≤50μm，两种粒径尾砂混合均匀后，将钢筋网笼12填充密实，填充的过程中，在钢筋网13外侧布置编织袋片17。

槽钢4规格不低于10#。根据巷道宽度制作底板14，底板14的钢板厚度不小于10mm，钢板长度与巷道宽度一致，钢板宽度应不小于所选用槽钢4的腿宽度。将底板14铺设在巷道底板后，将槽钢4直立放置于底板14之上，槽钢4开口向外，进行焊接。根据巷道宽度，槽钢4间隔布置，间距1.5～2倍的槽钢4高度。位于巷道两侧的槽钢4应紧贴巷道边帮。根据巷道边界及尺寸对槽钢长度进行加工。槽钢背侧与钢筋网笼12紧挨放置，并与钢筋网13进行焊接连接，焊接过程中注意防止尾砂泄露。

槽钢4与底板14布置好后，选用膨胀螺栓将槽钢与围岩进行连接固定。膨胀螺栓选用M20～M30规格，长度300mm～400mm，底板膨胀螺栓8每个槽钢4布置一个，边帮膨胀螺栓7由下向上均匀布置，间隔100～200mm。分别在1/4巷道高度和1/2巷道高度处布置横撑5钢板，钢板宽度100mm～150mm，厚度不小于10mm，横撑5钢板与槽钢4焊接。在1/2高度处的横撑5钢板处布置斜撑6，斜撑6数量和位置与槽钢4对应，斜撑6与底板14角度为45°。

(2)半封堵消波墙

半封堵消波墙的作用是一方面阻挡部分空气冲击波，一方面改变空气冲击波的传播路径，进而减弱空气冲击波的强度。

所选用的材料规格均与全封堵消波墙相同，场地条件要求与全封堵消波墙相同。

底部固定钢板9长度应不小于巷道宽度的2/3，布置于巷道底板，槽钢4紧密相连布置于底部固定钢板9上进行焊接，槽钢4之间通过间隔电焊的方式进行连接。若巷道为弧形顶板，槽钢4的高度与边帮垂直部分相同，若巷道为矩形断面，槽钢4的高度应比巷道高度小500mm。

分别在1/4槽钢长度和1/2槽钢长度处布置横撑5钢板，钢板宽度100mm～150mm，厚度不小于10mm，横撑5钢板与槽钢4焊接。在1/2高度处的横撑5钢板处布置斜撑6，斜撑6与外侧和中间槽钢4位置对应，斜撑6与底部固定钢板9角度为45°，然后在最外侧和中间槽钢4处布置斜撑6，斜撑6与底部固定钢板9夹角45°。采用膨胀螺栓将槽钢4分别固定于底板和边帮上，底板膨胀螺栓8数量与槽钢4一致，边帮膨胀螺栓7由下向上均匀布置，间隔100～200mm。

槽钢4组合固定完毕后，在背部铺设麻袋片，首先根据槽钢4长度与宽度制作钢筋网13，然后制作宽度为500mm～1000mm的钢筋网片，高度与槽钢长度一致。钢筋网片一侧长边与钢筋网片一侧长边焊接，在钢筋网13和钢筋网盘内侧铺设编织袋片。将组装好的钢筋网笼12组合放置于槽钢4背侧，钢筋网片另一侧长边与槽钢4焊接，钢筋网13与巷道边帮接触位置的缝隙，通过麻袋片、海绵或编织袋片填塞，也可通过喷浆的方式封堵。

连接完毕后，通过顶部向钢筋网笼12内部填充充填尾砂11，尾砂粒径分布与全封堵消波墙中要求一致，务必填充密实，填充完毕后，采用麻袋片10将上部开口封闭。

(3)减波巷道

减波巷道的作用是一方面将部分空气冲击波分流，降低对半封堵消波墙的冲击，另一方面分流的空气波进入减波巷道后由于受到阻挡会出现反射回流的情况，与通道中的空气冲击波相冲突，进而减弱空气冲击波的强度。

减波巷道在半封堵消波墙前方开口，向半封堵消波墙斜前方施工。开口宽度不小于采空区通道宽度，两者角度不大于30°，深度5～10m。减波巷道底部处理成圆弧状。

实际应用中，根据实际情况减少或增加半封堵消波墙及减波巷道的数量或尺寸，也可将减波巷道布置于全封堵消波墙两侧。

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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法，其特征在于：在通往采空区巷道中选取20～40米，依次施工减波巷道(3)、半封堵消波墙(2)和全封堵消波墙(1)，半封堵消波墙(2)布置3～4个，相邻半封堵消波墙(2)之间间距5～10m，在每座半封堵消波墙(2)前方施工减波巷道(3)，减波巷道(3)与原巷道夹角不大于30°，在最后一座半封堵消波墙(2)前方布置全封堵消波墙(1)；

所述减波巷道(3)开口宽度不小于采空区通道宽度，减波巷道(3)深度为5～10m，减波巷道(3)底部处理成圆弧状；

所述半封堵消波墙(2)包括槽钢(4)、横撑(5)、斜撑(6)、边帮膨胀螺栓(7)、底板膨胀螺栓(8)、底部固定钢板(9)、钢筋网笼(12)、麻袋片(10)、编织袋片(17)和充填尾砂(11)，钢筋网笼(12)有两片钢筋网通过连接钢筋焊接形成，钢筋网笼(12)内衬编织袋片(17)，充填尾砂(11)填充在钢筋网笼(12)内，填充完毕后，钢筋网笼(12)上部采用麻袋片(10)将上部开口封闭，钢筋网笼(12)直立置于巷道中，钢筋网笼(12)的钢筋网外侧与槽钢(4)焊接，靠近巷道一侧的槽钢(4)通过边帮膨胀螺栓(7)固定在巷道边帮，巷道为弧形顶板时，槽钢(4)高度与巷道边帮垂直部分相同，巷道为矩形断面时，槽钢(4)高度比巷道高度小500mm，槽钢(4)底部通过底板膨胀螺栓(8)固定在底部固定钢板(9)及底部围岩上，底部固定钢板(9)长度不小于巷道宽度的2/3，但不充满巷道，分别在1/4槽钢高度和1/2槽钢高度处布置横撑(5)，横撑(5)钢板的宽度为100mm～150mm，厚度不小于10mm，横撑(5)钢板与槽钢(4)焊接，在1/2槽钢高度处的横撑(5)处布置斜撑(6)，斜撑(6)与外侧和中间槽钢(4)位置对应，斜撑(6)与底板(14)角度为45°，在最外侧和中间槽钢(4)处布置斜撑(6)，斜撑(6)与底部固定钢板(9)夹角为45°；

所述全封堵消波墙(1)包括槽钢(4)、底板(14)、底板膨胀螺栓(8)、横撑(5)、斜撑(6)、钢筋网(13)、边帮膨胀螺栓(7)、连接钢筋(15)、编织袋片(17)和全尾砂(16)，两片钢筋网(13)通过连接钢筋(15)焊接形成钢筋网笼(12)，钢筋网笼(12)内衬编织袋片(17)，全尾砂(16)填充在钢筋网笼(12)内，钢筋网(13)外侧布置编织袋片(17)，钢筋网笼(12)直立置于巷道中，钢筋网笼(12)的钢筋网外侧与槽钢(4)焊接，靠近巷道两侧的槽钢(4)通过边帮膨胀螺栓(7)固定在巷道边帮，槽钢(4)底部通过底板膨胀螺栓(8)固定在底板(14)及底部围岩上，分别在1/4巷道高度和1/2巷道高度处布置横撑(5)，横撑(5)钢板的宽度为100mm～150mm，厚度不小于10mm，横撑(5)钢板与槽钢(4)焊接，在1/2巷道高度处的横撑(5)处布置斜撑(6)，斜撑(6)数量和位置与槽钢(4)对应，斜撑(6)与底板(14)角度为45°。

2.根据权利要求1所述的消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法，其特征在于：所述减波巷道(3)长度为5～10m。

3.根据权利要求1所述的消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法，其特征在于：所述最后一座半封堵消波墙(2)和全封堵消波墙(1)间距为10～15m。

4.根据权利要求1所述的消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法，其特征在于：所述钢筋网(13)的钢筋直径不小于10mm，网度为100mm×100mm，连接钢筋(15)根据钢筋网(13)大小均匀布置，网度不大于500mm×500mm。

5.根据权利要求1所述的消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法，其特征在于：所述全尾砂(16)包括两种粒径，粒径分别为1000μm≥d10≥500μm，d90≤50μm，两种粒径尾砂混合均匀后，将钢筋网笼(12)填充密实，填充的过程中，在钢筋网(13)外侧布置编织袋片(17)。

6.根据权利要求1所述的消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法，其特征在于：所述槽钢(4)开口向外，槽钢(4)和钢筋网笼(12)交替布置，相邻槽钢(4)间距为1.5～2倍槽钢(4)宽度。

7.根据权利要求1所述的消除矿山采空区大面积冒落冲击波的方法，其特征在于：所述边帮膨胀螺栓(7)在巷道内由下向上均匀布置，相邻两个边帮膨胀螺栓(7)间隔100～200mm。

Images