CN113431627B - 一种提高充填接顶率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高充填接顶率的方法，属于充填接顶技术领域。该方法首先在空区沿顶板布置顶板输送管道，顶板输送管道的中间部位切割预留缺口；然后布置浮托装置，距离预留缺口200mm～300mm；再在预留缺口两侧对称布置两个微型压力盒；进而沿原充填料浆管道继续充填，当充填区域内1/3～1/2的微型压力盒出现压力数据后，停止充填，将位于下料口外的顶板输送管道一端与矿山充填料浆输送管道连接，通过顶板输送管道对采场进行充填，当料浆从下料口中溢出时，停止充填。该方法将管道均匀布置于顶板，通过预留缺口及浮托装置，实现充填料浆自动分布式下放，使料浆分布更加均匀；通过布置微型土压力盒，实现对空区充填情况的实时监测，随时对充填参数进行调整。

Description

一种提高充填接顶率的方法

技术领域

本发明涉及充填接顶技术领域，特别是指一种提高充填接顶率的方法。

背景技术

充填法是将充填料浆与一定的胶凝材料混合后，通过管道输送至地下采空区中，充填料浆逐渐硬化成为充填体，达到支撑围岩的作用。充填体对围岩的支护作用主要体现在对两帮的围护及对顶板的支撑两个方面。充填料浆充入采空区中即与两帮围岩产生密切接触，起到围护的作用，但由于充填料浆通常由采空区顶板向下充填，当充填料浆液面高度超过下料口时，难以继续充填，另外，由于长距离流动造成离析、分层，导致料浆水化反应不均匀，体积沉缩率大，使得最终充填体无法与顶板产生有效接触，导致充填体无法对顶板起到足够的支撑作用，进而引发顶板围岩破坏，引发上覆岩层移动及矿柱破坏，尤其对于采用分段或阶段空场嗣后充填法形成的采空区，上述情况更加明显。

另外，进行采空区充填时，通常需要将通道口完全封闭，在顶板预留通道进行充填或人员出入，因此整个充填过程实际上是一个隐蔽工程，充填过程、充填进度及接顶情况无法进行有效地观测，也导致了最终接顶充填地盲目性，因此亟需提出一种即可以有效提高充填接顶率，又可以对充填接顶效果进行观测的装置与方法。

现阶段，为解决目前充填法开采接顶效果差的问题，主要采用新型充填材料、采空区内布置多道挡墙进行多点充填、接顶注浆等方法。新型充填材料主要是采用具有膨胀性的材料进行充填，该方法可以提高一定的充填接顶效果，但仍受制于整体接顶充填工艺，无法有效解决目前的问题，且需要进行大量的试验研究工作，不同矿山需要不同的配比与材料。布置多道挡墙可实现多点下料充填，但劳动强度大，危险性高，尤其对于大面积采空区而言，通常需要增加大量工程，且控制复杂；接顶注浆通过高压注浆的方式实现充分接顶，但需要消耗大量的水泥，大大提高了充填成本。

现有技术一种提高充填接顶率的磷石膏基全固废充填料配比优化方法，通过提高灰砂配比和利用磷石膏的膨胀性，提高接顶率，但该方法实用性较差，成本较高，且对最终的接顶效果也无法及时掌握。一种充填接顶用中部隔墙中以实现控制料浆流动范围，达到接顶的目的。但该方法施工难度大，劳动强度大，效果较差，无法及时掌握接顶效果。此外，还有方法提出了在两侧采场顶部提前施工多条联络道，砌筑充填挡墙，安设管道进行多点下料，提高充填料浆在采空区的流动均匀性。但该方法需要增加大量联络道工程和挡墙工程，施工周期长，工程费用高，管道和阀门材料消耗多，阀门控制复杂，应用效果欠佳。

发明内容

本发明为解决目前充填接顶困难、充填接顶率低且充填情况难以观测等问题，提供一种提高充填接顶率的方法。

该方法包括步骤如下：

S1：充填养护结束后，在空区沿顶板布置顶板输送管道，顶板输送管道的中间部位切割预留缺口；

S2：将吊板、弹簧、浮托板及浮球组装形成浮托装置，通过吊绳将浮托装置悬吊于顶板输送管道预留缺口正下方，距离预留缺口200mm～300mm；

S3：在预留缺口两侧对称布置两个微型压力盒，确保微型压力盒处于吊板轮廓上方范围内，然后沿顶板输送管道布置监测导线，将导线引出下料口，连接监测仪器，确保充填料浆不会直接冲击导线；布置完成后，对微型压力盒进行标定清零；

S4：沿原充填料浆管道继续充填，当充填料浆与浮球接触后，浮球产生浮力，推动浮托板向上移动，压缩弹簧，使吊板向上移动，当吊板与微型压力盒接触后，微型压力盒产生压力数据，通过导线传输至监测仪器中；

S5：充填过程中，定时对微型压力盒进行监测，记录不同位置处的微型压力盒的数据变化，微型压力盒压力越大，表示该位置充填料浆高度越高，微型压力盒压力为0时，表明该位置充填料浆位置较低，需要进行补充充填；

S6：当充填区域内1/3～1/2的微型压力盒出现压力数据后，停止充填，将位于下料口外的顶板输送管道一端与矿山充填料浆输送管道连接，通过顶板输送管道对采场进行充填，充填料浆首先从微型压力盒没有压力数据的预留缺口处卸下，对下方进行充填，随着下方料浆高度的上升，在浮球与浮托板的作用下，缺口均逐渐闭合，使微型压力盒产生压力数据；当所有微型压力盒均出现压力数据后，进行逐级加压充填，逐渐由0.5MPa增加至2.0MPa，当料浆从下料口中溢出时，停止充填。

S1中布置顶板输送管道时，首先在下料口预留一段顶板输送管道，一端位于采场内，一端位于下料口外，位于采场内的一端通过直角两通将矿山料浆输送管与第一段顶板输送管道连接，然后沿采空区顶板轮廓宽度方向布置，根据顶板尺寸与顶板输送管道尺寸连接若干段后，通过直角两通改变布置方向，沿采空区顶板轮廓长度方向布置一段顶板输送管道，之后通过直角两通再次使顶板输送管道沿宽度方向布置，按照上述方法，将顶板输送管道布置满整个采空区顶板。

布置输送管道时，首先沿每段输送管道从一段开始每隔0.5～1.0m在顶板布置一根膨胀螺栓，然后通过钢丝将顶板输送管道与膨胀螺栓固定在一起，使顶板输送管道与顶板轮廓紧密接触；位于采空区顶板轮廓线附近的顶板输送管道距离采空区边界1.0m～1.5m。

所选用膨胀螺栓长度不小于30mm，直径不小于12mm，钢丝直径1mm～3mm。

S2中浮托板厚度5～10mm，浮托板宽度比预留缺口宽度大50～100mm，长度比预留缺口长度大100mm～150mm；浮球布置于浮托板下方中线处，沿长度方向布置3～5个，所有浮球直径之和小于浮托板长度；在浮托板上方，与浮球对应位置布置3～5个弹簧，弹簧丝直径0.5～1.5mm，弹簧中圈直径50mm～150mm；在弹簧上方布置吊板，吊板形状尺寸与浮托板相同，吊板厚度为1mm～3mm；吊绳为尼龙材质，直径不小于2mm。

顶板输送管道采用夹布橡胶管制作，内径80～100mm，承受压力≥10MPa；根据采场顶板尺寸将顶板输送管道切割为5～10m一段，每一段管道的两端与法兰接头连接，法兰接头直径大于管道外径10～20mm；在每一段管道的中间部位切割预留缺口，预留缺口长度100～200mm，宽度为内径的1/2～2/3。

微型压力盒直径10mm～20mm，高度不大于2mm，最大承载力不小于1MPa。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，将管道均匀布置于顶板，通过预留缺口及浮托装置，可实现充填料浆自动分布式下放，使料浆分布更加均匀；同时，通过布置微型土压力盒，可实现对空区充填情况的实时监测，随时对充填参数进行调整。

附图说明

图1为本发明的提高充填接顶率的方法的顶板输送管道布置示意图；

图2为图1中A-A剖面示意图；

图3为图2中B-B剖面示意图。

其中：1-直角两通；2-预留缺口；3-顶板输送管道；4-顶板轮廓；5-膨胀螺栓；6-吊绳；7-微型压力盒；8-吊板；9-浮托板；10-弹簧；11-浮球；12-法兰接头。

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。

本发明提供一种提高充填接顶率的方法。

该方法包括步骤如下：

S1：充填养护结束后，在空区沿顶板布置顶板输送管道3，顶板输送管道3的中间部位切割预留缺口2；

S2：将吊板8、弹簧10、浮托板9及浮球11组装形成浮托装置，通过吊绳6将浮托装置悬吊于顶板输送管道3预留缺口2正下方，距离预留缺口2200mm～300mm；

S3：在预留缺口2两侧对称布置两个微型压力盒7，确保微型压力盒7处于吊板8轮廓上方范围内，然后沿顶板输送管道3布置监测导线，将导线引出下料口，连接监测仪器，确保充填料浆不会直接冲击导线；布置完成后，对微型压力盒7进行标定清零；

S4：沿原充填料浆管道继续充填，当充填料浆与浮球11接触后，浮球产生浮力，推动浮托板9向上移动，压缩弹簧10，使吊板8向上移动，当吊板8与微型压力盒7接触后，微型压力盒7产生压力数据，通过导线传输至监测仪器中；

S5：充填过程中，定时对微型压力盒7进行监测，记录不同位置处的微型压力盒7的数据变化，微型压力盒7压力越大，表示该位置充填料浆高度越高，微型压力盒7压力为0时，表明该位置充填料浆位置较低，需要进行补充充填；

S6：当充填区域内1/3～1/2的微型压力盒7出现压力数据后，停止充填，将位于下料口外的顶板输送管道一端与矿山充填料浆输送管道连接，通过顶板输送管道3对采场进行充填，充填料浆首先从微型压力盒7没有压力数据的预留缺口2处卸下，对下方进行充填，随着下方料浆高度的上升，在浮球11与浮托板9的作用下，缺口均逐渐闭合，使微型压力盒7产生压力数据；当所有微型压力盒7均出现压力数据后，进行逐级加压充填，逐渐由0.5MPa增加至2.0MPa，当料浆从下料口中溢出时，停止充填。

上述，所选用膨胀螺栓5长度不小于30mm，直径不小于12mm，钢丝直径1mm～3mm。

如图2和图3所示，浮托板9采用EVA乙烯-醋酸乙烯共聚物制作，加工为弧形形状，弧度与管道缺口一致，浮托板9厚度5～10mm，浮托板9宽度比预留缺口2宽度大50～100mm，长度比预留缺口2长度大100mm～150mm；浮球11布置于浮托板9下方中线处，沿长度方向布置3～5个，所有浮球11直径之和小于浮托板9长度；在浮托板9上方，与浮球11对应位置布置3～5个弹簧10，弹簧丝直径0.5～1.5mm，弹簧10中圈直径50mm～150mm；在弹簧10上方布置吊板8，吊板8形状尺寸与浮托板9相同，材质为亚克力板，吊板8厚度为1mm～3mm；吊绳6为尼龙材质，直径不小于2mm。

顶板输送管道3采用夹布橡胶管制作，内径80～100mm，承受压力≥10MPa；根据采场顶板尺寸将顶板输送管道3切割为5～10m一段，每一段管道的两端与法兰接头12连接，法兰接头12直径大于管道外径10～20mm；在每一段管道的中间部位切割预留缺口2，预留缺口2长度100～200mm，宽度为内径的1/2～2/3。

微型压力盒7作为压力传感器件，其直径10mm～20mm，高度不大于2mm，最大承载力不小于1MPa。

上述采用直角两通制作管道连通部件，用于管道拐弯处连接用，连通部件尺寸与管道法兰接头一致。

下面结合具体实施例予以说明。

以分段嗣后充填法或中段嗣后充填法为例进行本方法的应用说明：

①开采出矿结束后，首先修筑挡墙封堵空区，然后将充填下料口布置于空区顶板上盘一角进行充填，下料口距离采空区边界1m～1.5m。当充填至距离顶板1.5～2.0m后，停止充填。

②养护3～7天后，人员从采场上部联络道进入空区，沿顶板布置顶板输送管道3。首先在下料口预留一段顶板输送管道，一端位于采场内，一端位于下料口外。位于采场内的一端通过直角两通1接口将矿山料浆输送管与第一段顶板输送管道连接，然后沿采空区顶板宽度方向布置，根据顶板尺寸与顶板输送管道尺寸连接若干段后，通过直角两通接口改变布置方向，沿采空区顶板长度方向布置一段输送管道，之后通过直角两通再次使输送管道沿宽度方向布置，按照上述方法，将输送管道布置满整个采空区顶板，如图1所示。布置输送管道时，首先沿每段输送管道从一段开始每隔0.5～1.0m在顶板布置一根膨胀螺栓5，所选用膨胀螺栓长度不小于30mm，直径不小于12mm。然后通过钢丝将管道与膨胀螺栓固定在一起，钢丝直径1mm～3mm，尽量使管道与顶板轮廓紧密接触。位于采空区顶板轮廓线附近的输送管道距离采空区边界1.0m～1.5m。

③布置浮托装置。将吊板8、弹簧10、浮托板9及浮球11组装在一起后，通过吊绳6将之悬吊于管道预留缺口正下方，距离预留缺口200mm～300mm，所选用吊绳6为尼龙材质，直径不小于2mm。

④布置压力传感装置。在缺口两侧对称布置两个微型压力盒7，确保压力盒处于吊板范围内，然后沿输送管道布置监测导线，将导线引出下料口，确保充填料浆不会直接冲击导线。对压力盒进行标定清零。

⑤布置结束后，沿原充填料浆管道继续充填，当充填料浆与浮球接触后，浮球产生浮力，推动浮托板向上移动，压缩弹簧，使吊板向上移动，当吊板与压力盒接触后，压力盒产生压力数据，通过导线传输至监测仪器中。充填过程中，定时对压力盒进行监测，记录不同位置处的压力盒的数据变化，压力盒压力越大，表示该位置充填料浆高度越高，压力盒压力为0时，表明该位置充填料浆位置较低，需要进行补充充填。

⑥当1/3～1/2的压力盒出现压力数据后，停止充填，将位于下料口外的顶板输送管道一端与矿山充填料浆输送管道连接，通过顶板输送管道对采场进行充填，充填料浆首先从没有压力数据的管道缺口处卸下，对下方进行充填，随着下方料浆高度的上升，在浮球与浮托板的作用下，缺口均逐渐闭合，使压力盒产生压力数据。当所有压力盒均出现压力数据后，进行逐级加压充填，逐渐由0.5MPa增加至2.0MPa，当料浆从下料口中溢出时，停止充填。

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)

1.一种提高充填接顶率的方法，其特征在于：包括步骤如下：

S1：充填养护结束后，在空区沿顶板布置顶板输送管道(3)，顶板输送管道(3)的中间部位切割预留缺口(2)；

S2：将吊板(8)、弹簧(10)、浮托板(9)及浮球(11)组装形成浮托装置，通过吊绳(6)将浮托装置悬吊于顶板输送管道(3)预留缺口(2)正下方，距离预留缺口(2)200mm～300mm；

S3：在预留缺口(2)两侧对称布置两个微型压力盒(7)，确保微型压力盒(7)处于吊板(8)轮廓上方范围内，然后沿顶板输送管道(3)布置监测导线，将导线引出下料口，连接监测仪器，确保充填料浆不会直接冲击导线；布置完成后，对微型压力盒(7)进行标定清零；

S4：沿原充填料浆管道继续充填，当充填料浆与浮球(11)接触后，浮球产生浮力，推动浮托板(9)向上移动，压缩弹簧(10)，使吊板(8)向上移动，当吊板(8)与微型压力盒(7)接触后，微型压力盒(7)产生压力数据，通过导线传输至监测仪器中；

S5：充填过程中，定时对微型压力盒(7)进行监测，记录不同位置处的微型压力盒(7)的数据变化，微型压力盒(7)压力越大，表示该位置充填料浆高度越高，微型压力盒(7)压力为0时，表明该位置充填料浆位置较低，需要进行补充充填；

S6：当充填区域内1/3～1/2的微型压力盒(7)出现压力数据后，停止充填，将位于下料口外的顶板输送管道一端与矿山充填料浆输送管道连接，通过顶板输送管道(3)对采场进行充填，充填料浆首先从微型压力盒(7)没有压力数据的预留缺口(2)处卸下，对下方进行充填，随着下方料浆高度的上升，在浮球(11)与浮托板(9)的作用下，缺口均逐渐闭合，使微型压力盒(7)产生压力数据；当所有微型压力盒(7)均出现压力数据后，进行逐级加压充填，逐渐由0.5MPa增加至2.0MPa，当料浆从下料口中溢出时，停止充填。

2.根据权利要求1所述的提高充填接顶率的方法，其特征在于：所述S1中布置顶板输送管道(3)时，首先在下料口预留一段顶板输送管道，一端位于采场内，一端位于下料口外，位于采场内的一端通过直角两通(1)将矿山料浆输送管与第一段顶板输送管道连接，然后沿采空区顶板轮廓(4)宽度方向布置，根据顶板尺寸与顶板输送管道(3)尺寸连接若干段后，通过直角两通(1)改变布置方向，沿采空区顶板轮廓(4)长度方向布置一段顶板输送管道(3)，之后通过直角两通(1)再次使顶板输送管道(3)沿宽度方向布置，按照上述方法，将顶板输送管道(3)布置满整个采空区顶板。

3.根据权利要求2所述的提高充填接顶率的方法，其特征在于：布置输送管道时，首先沿每段输送管道从第一段开始每隔0.5～1.0m在顶板布置一根膨胀螺栓(5)，然后通过钢丝将顶板输送管道(3)与膨胀螺栓(5)固定在一起，使顶板输送管道(3)与顶板轮廓(4)紧密接触；位于采空区顶板轮廓线附近的顶板输送管道距离采空区边界1.0m～1.5m。

4.根据权利要求3所述的提高充填接顶率的方法，其特征在于：所选用膨胀螺栓(5)长度不小于30mm，直径不小于12mm，钢丝直径1mm～3mm。

5.根据权利要求1所述的提高充填接顶率的方法，其特征在于：所述S2中浮托板(9)厚度5～10mm，浮托板(9)宽度比预留缺口(2)宽度大50～100mm，长度比预留缺口(2)长度大100mm～150mm；浮球(11)布置于浮托板(9)下方中线处，沿长度方向布置3～5个，所有浮球(11)直径之和小于浮托板(9)长度；在浮托板(9)上方，与浮球(11)对应位置布置3～5个弹簧(10)，弹簧丝直径0.5～1.5mm，弹簧(10)中圈直径50mm～150mm；在弹簧(10)上方布置吊板(8)，吊板(8)形状尺寸与浮托板(9)相同，吊板(8)厚度为1mm～3mm；吊绳(6)为尼龙材质，直径不小于2mm。

6.根据权利要求1所述的提高充填接顶率的方法，其特征在于：所述顶板输送管道(3)采用夹布橡胶管制作，内径80～100mm，承受压力≥10MPa；根据采场顶板尺寸将顶板输送管道(3)切割为5～10m一段，每一段管道的两端与法兰接头(12)连接，法兰接头(12)直径大于管道外径10～20mm；在每一段管道的中间部位切割预留缺口(2)，预留缺口(2)长度100～200mm，宽度为内径的1/2～2/3。

7.根据权利要求1所述的提高充填接顶率的方法，其特征在于：所述微型压力盒(7)直径10mm～20mm，高度不大于2mm，最大承载力不小于1MPa。

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