CN114046157B - 一种下向水平进路充填法大跨度假顶结构及构筑方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种下向水平进路充填法大跨度假顶结构及构筑方法，属于采矿技术领域。该结构包括胶结充填体、预制骨架和固定锚杆，其中，预制骨架包括弧形网架、矩形网架、预拉应力钢筋、钢筋锚杆和金属网，弧形网架置于充填假顶底部，为双层网架，弧形网架底部下层钢筋两端焊接预拉应力钢筋，弧形网架两侧布置矩形网架，矩形网架上焊接钢筋锚杆一，弧形网架上焊接钢筋锚杆二，矩形网架通过固定锚杆固定在边壁上，矩形网架背侧和预拉应力钢筋上部设置金属网，胶结充填体对布置好的预制骨架进行充填。该结构具有结构合理、强度高、安全性好等优点，可在保证安全的前提下，有效加大进路尺寸，从而大大提高开采效率，特别适用于深部开采。

Description

一种下向水平进路充填法大跨度假顶结构及构筑方法

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，特别是指一种下向水平进路充填法大跨度假顶结构及构筑方法。

背景技术

充填法是目前金属矿山的三大开采方法之一，尤其是随着安全及环保要求的提高，充填法逐渐成为了各类金属矿山主要的开采方法，尤其是对于金、银、铜等贵金属矿山，充填法可保证贵重金属资源的有效开采。

对于价值高，但矿岩稳定性差或地应力较高的金属矿开采，通常采用下向水平分层进路充填采矿法。该方法的主要特点是先开采上分层矿体，然后构筑假顶并进行充填，在假顶的保护下对下方的矿体进行回采，因此充填假顶对保证下部矿体的开采安全具有关键的作用，也是下向水平分层进路充填采矿法的关键工序之一。

决定充填假顶稳定性的主要因素是充填体的强度，由于充填体本身强度有限，极易在拉应力作用下发生破坏，引起假顶的跨冒。因此，为弥补充填体强度低的弱点，目前一般参考钢筋混凝土的生产思路，在充填体中布置一定规格的金属网，从而提高充填体的强度，钢筋网的结构及其与充填体的合理搭配，成为充填假顶稳定的关键，直接决定了假顶的稳定跨度及高度，进而影响整体的开采效率，同时钢筋网的结构形式对假顶的构筑效率也会产生重大影响。

同时，随着开采深度的增加，大尺寸采场，高效率回采逐渐成为金属矿开采的主要技术思路，如何在保证安全的前提下，有效扩大进路尺寸是未来下向水平进路充填法的主要发展方向。

加大进路跨度的关键是提高充填假顶的强度，尤其是揭露后假顶底部的抗拉强度，目前主要的方法是增加金属网结构，以提高整体强度。

如现有技术中公开了一种内置预置金属网加固结构的下向进路充填体假顶及其施工方法，通过布置边网、底网及立网，形成金属网组合结构，进而提高充填假顶的强度，但该方法在现场安装时，需要在边帮布置多个固定锚杆，施工周期长，组合金属网结构复杂，现场组装难度较大，另外，该结构并不能有效提高进路跨度。现有技术中还公开了一种利用可收缩的网状材料充填假顶构筑方法，该方法通过3D打印技术生产网架架构，进行现场安装，具有高效便捷的优点，但3D打印技术难度大，成本较高，该方法也无法有效提升进路跨度。现有技术中还公开了一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法，通过采用高强度膏体充填体、进行钢支架+木支护、布置钢筋与吊筋，可实现软弱破碎矿体高阶段大直径深孔安全高效回采，但该发明需要进行大量的支护施工，造成整体假顶构筑效率慢，且需同时布置吊筋和底筋，造成施工复杂。

发明内容

本发明针对下向水平进路充填法假顶跨度小、开采效率低，充填假顶强度不足，揭露后易跨冒以及金属网现场安装布置复杂、效率慢等问题，提供一种下向水平进路充填法大跨度假顶结构及构筑方法。

该结构包括胶结充填体、预制骨架和固定锚杆，预制骨架通过固定锚杆固定在进路边壁上，胶结充填体对预制骨架进行充填；

其中，预制骨架包括弧形网架、矩形网架、预拉应力钢筋、钢筋锚杆和金属网，

弧形网架置于充填假顶底部，弧形网架底部下层长边钢筋两端焊接预拉应力钢筋，弧形网架两侧布置矩形网架，矩形网架上焊接钢筋锚杆一，弧形网架上焊接钢筋锚杆二，矩形网架背侧和预拉应力钢筋上部均设置金属网。

胶结充填体由充填料浆水化凝结形成，胶结充填体高度为假顶高度，要求充填体28天强度≥5MPa。

弧形网架为双层网架，弧形网架的长边和短边均为弧形，采用Q235或Q335带肋钢筋制作，钢筋直径12~16mm，两层弧形钢筋之间的距离200~400mm；弧形网架长边和短边上部弧形钢筋最高点与最低点之间的垂直距离为300~500mm；弧形网架网格单元为矩形或三角形。

矩形网架为双层网架，采用Q235或Q335带肋钢筋制作，钢筋直径12~16mm，矩形网架的层间距为300~500mm，矩形网架的高度为1.0~1.5m，长为3.0~4.0m，宽度与弧形网架宽度相同；矩形网架网格单元为矩形或三角形。

钢筋锚杆一和钢筋锚杆二采用Q235或Q335带肋钢筋制作，钢筋直径12~16mm，钢筋锚杆一长度为1.5~2.0m，钢筋锚杆二长度为0.5~1.0m。

钢筋锚杆一垂直于矩形网架平面焊接，弧形网架上每排焊接三根钢筋锚杆二，三根钢筋锚杆二中的一根位于弧形网架的中央垂直布置，另外两根位于中央钢筋锚杆二的两侧倾斜布置。

金属网采用带肋钢筋焊接制作，直径为6mm~10mm，网度为50mm×50mm~100mm×100mm。

该假顶结构的构筑方法，包括步骤如下：

S1：根据采场进路设计跨度及长度，在开采结束前，在地面预制弧形网架与矩形网架：

沿弧形网架宽度方向每隔1.5~2m选择一根上层钢筋布置钢筋锚杆二，每个上层钢筋布置根钢筋锚杆二，分别布置在上层钢筋的1/4、1/2及3/4处，其中1/2处锚杆垂直向上，1/4和3/4处锚杆与水平夹角60~75°，1/4和3/4处锚杆对称分布；

沿矩形网架长度方向每隔1~1.5m布置一条钢筋锚杆一，钢筋锚杆一与矩形网架长边垂直；

S2：在开采结束前，完成制作预拉应力钢筋：

根据弧形网架跨度，截取相应长度，采用焊接的方式与弧形网架下层钢筋两端进行连接，在弧形网架宽度方向每隔1.5~2.0m布置一条预拉应力钢筋；

S3：在开采结束前，在弧形网架的预拉应力钢筋上布置金属网，通过绑扎或焊接的方式连接牢固，金属网分别超出弧形网架短边两侧50~100mm；在矩形网架背侧布置金属网，通过绑扎或焊接的方式连接牢固，金属网分别超出弧形网架长边两侧50~100mm；

S4：开采结束后，将装配好的弧形网架和矩形网架运输至采场附近，同时，对采场底板及两帮进行清理，保证底板平坦、无明显凸起、无积水，两帮没有明显的超采与欠采，并将浮石清理干净；

S5：沿进路两帮每隔2~3m布置一个固定锚杆钻孔，钻孔直径40mm，深1.5~2m，倾斜向下15~30°；钻孔距离底板高度0.5~1.0m，将固定锚杆分别打入各个钻孔，外露0.5~1.0m的长度；

S6：将两个矩形网架和一个弧形网架运至进路最里侧，先将两个矩形网架分别放置在两帮处，钢筋锚杆一悬臂端向进路内侧，保证网架垂直、平稳，然后将弧形网架放置在进路中间，两侧分别与矩形网架紧密接触，并进行焊接，形成一组组合网架，最后将两侧的矩形网架与固定锚杆进行焊接；

按照同样的方法由采场里侧依次向外侧安装，通过绑扎或焊接的方式连接每组组合网架，每组组合网架的高度保持一致；

S7：布置结束后，开始浇筑胶结充填料浆，最终形成假顶。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，假顶结构具有结构合理、强度高、安全性好等优点，可在保证安全的前提下，有效加大进路尺寸，从而大大提高开采效率，特别适用于深部开采。同时，本发明的金属骨架均可进行地面预制，可与地下开采同步进行，从而提高了假顶的构筑效率。

附图说明

图1为本发明的下向水平进路充填法大跨度假顶结构骨架示意图；

图2为本发明的下向水平进路充填法大跨度假顶结构中弧形网架结构示意图；

图3为本发明的下向水平进路充填法大跨度假顶结构中矩形网架结构示意图；

图4为本发明的下向水平进路充填法大跨度假顶结构中假顶底部金属网结构示意图；

图5为本发明的下向水平进路充填法大跨度假顶结构中矩形网架背侧金属网结构图。

其中：1-钢筋锚杆一；2-钢筋锚杆二；3-预拉应力钢筋；4-固定锚杆；5-矩形网架；6-弧形网架；7-金属网。

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。

本发明提供一种下向水平进路充填法大跨度假顶结构及构筑方法。

如图1所示，该假顶结构包括胶结充填体、预制骨架和固定锚杆4，预制骨架通过固定锚杆4固定在进路边壁上，胶结充填体对预制骨架进行充填；

其中，预制骨架包括弧形网架6、矩形网架5、预拉应力钢筋3、钢筋锚杆和金属网7，预制网架为假顶的骨架，提高整体假顶的强度，保证安全；

弧形网架6置于充填假顶底部，弧形网架6底部下层长边钢筋两端焊接预拉应力钢筋3，弧形网架6两侧布置矩形网架5，矩形网架5上焊接钢筋锚杆一1，弧形网架6上焊接钢筋锚杆二2，矩形网架5背侧和预拉应力钢筋3上部均设置金属网7。

胶结充填体由充填料浆水化凝结形成，胶结充填体高度为假顶高度，要求充填体28天强度≥5MPa。胶结充填体具体配比根据矿山尾砂、胶凝材料性质及充填站参数确定。充填体高度1.5~3.0m。

如图2，弧形网架6为双层网架，弧形网架6的长边和短边均为弧形，采用Q235或Q335带肋钢筋制作，钢筋直径12~16mm，两层弧形钢筋之间的距离200~400mm；弧形网架6长边和短边上部弧形钢筋最高点与最低点之间的垂直距离为300~500mm；弧形网架6网格单元为矩形或三角形，尺寸为500~800mm。一般的，单个弧形网架宽度3~4m，跨度5.5~7.7m，根据充填假顶的跨度确定。

如图3，矩形网架5为双层网架，采用Q235或Q335带肋钢筋制作，钢筋直径12~16mm，矩形网架5的层间距为300~500mm，矩形网架5的高度为1.0~1.5m，长为3.0~4.0m，宽度与弧形网架宽度相同；矩形网架网格单元为矩形或三角形，尺寸500~800mm。

预拉应力钢筋采用与网架相同的材料制作，直径16~20mm，采用先张法进行预拉处理，预拉力为5%~10%的钢筋拉伸屈服强度，预拉之后的长度为5.5~7.7m，与弧形网架跨度相同。

钢筋锚杆一1和钢筋锚杆二2采用Q235或Q335带肋钢筋制作，钢筋直径12~16mm，钢筋锚杆一1长度为1.5~2.0m，钢筋锚杆二2长度为0.5~1.0m。

钢筋锚杆一1垂直于矩形网架5平面焊接，弧形网架6上每排焊接三根钢筋锚杆二2，三根钢筋锚杆二2中的一根位于弧形网架6的中央垂直布置，另外两根位于中央钢筋锚杆二2的两侧倾斜布置。

如图4和图5，金属网采用带肋钢筋焊接制作，直径为6mm~10mm，网度为50mm×50mm~100mm×100mm。

固定锚杆的作用是骨架固定在边壁上，采用管缝式锚杆，直径41mm。

该假顶结构的构筑方法，包括步骤如下：

S1：根据采场进路设计跨度及长度，在开采结束前，在地面预制弧形网架6与矩形网架5：

沿弧形网架6宽度方向每隔1.5~2m选择一根上层钢筋布置钢筋锚杆二2，每个上层钢筋布置3根钢筋锚杆二2，分别布置在上层钢筋的1/4、1/2及3/4处，其中1/2处锚杆垂直向上，1/4和3/4处锚杆与水平夹角60~75°，1/4和3/4处锚杆对称分布；

沿矩形网架5长度方向每隔1~1.5m布置一条钢筋锚杆一1，钢筋锚杆一1与矩形网架长边垂直；

其中，钢筋锚杆一1和钢筋锚杆二2与网架的连接方式均为焊接。

S2：在开采结束前，完成制作预拉应力钢筋3：

根据弧形网架6跨度，截取相应长度，采用焊接的方式与弧形网架下层钢筋两端进行连接，在弧形网架宽度方向每隔1.5~2.0m布置一条预拉应力钢筋3；

S3：在开采结束前，在弧形网架6的预拉应力钢筋3上布置金属网7，通过绑扎或焊接的方式连接牢固，金属网7分别超出弧形网架6短边两侧50~100mm；在矩形网架5背侧布置金属网7，通过绑扎或焊接的方式连接牢固，金属网分别超出弧形网架长边两侧50~100mm；

S4：开采结束后，将装配好的弧形网架6和矩形网架5运输至采场附近，同时，对采场底板及两帮进行清理，保证底板平坦、无明显凸起、无积水，两帮没有明显的超采与欠采，并将浮石清理干净；

S5：沿进路两帮每隔2~3m布置一个固定锚杆钻孔，钻孔直径40mm，深1.5~2m，倾斜向下15~30°；钻孔距离底板高度0.5~1.0m，将固定锚杆4分别打入各个钻孔，外露0.5~1.0m的长度；

S6：将两个矩形网架5和一个弧形网架6运至进路最里侧，先将两个矩形网架5分别放置在两帮处，钢筋锚杆一1悬臂端向进路内侧，保证网架垂直、平稳，然后将弧形网架6放置在进路中间，两侧分别与矩形网架5紧密接触，并进行焊接，形成一组组合网架，最后将两侧的矩形网架5与固定锚杆4进行焊接；

按照同样的方法由采场里侧依次向外侧安装，通过绑扎或焊接的方式连接每组组合网架，每组组合网架的高度保持一致；

S7：布置结束后，开始浇筑胶结充填料浆，最终形成假顶。

上述结构，对于上向水平分层进路充填法而言，充填假顶底部主要承受拉力的作用，而充填体作为脆性材料，抗拉强度极低，因此提高充填体的抗拉强度，对保证假顶安全至关重要。通过在充填假顶底部采用弧形网架结构，相比于水平布置金属纵横网，可大大提高充填体底部的抗拉强度，从而可以在加大假顶跨度的同时保证充填体的稳定。另外，在弧形网架下层钢筋布置预拉应力钢筋，进一步增强了整体的抗拉强度。

本发明弧形网架上层钢筋分别布置了3根钢筋锚杆，1根位于中央垂直布置，2根位于两侧倾斜布置，当接顶揭露后假顶在上覆荷载的作用下会向下沉降，引起网架向下变形，此时网架带动两侧的倾斜锚杆向中央处置锚杆移动，从而使之间的充填体受到挤压，可有效提高该部分的充填体强度，防止垮落。

在两侧布置矩形网架，同时在上面布置向采场内侧的钢筋锚杆，与弧形网架连接后，形成一个整体的金属骨架，保证两侧充填体的稳定性，同时对整体金属骨架起到悬吊作用，保证结构安全。

铺设在预拉应力钢筋上方的金属网，可对假顶起到有效的承托作用，保证假顶揭露后，表层充填体不发生垮落；铺设在两侧矩形网架背侧的金属网，可保证两侧充填体被揭露后不发生垮落，引起矿石的损失和贫化。

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 (8)

1.一种下向水平进路充填法大跨度假顶结构，其特征在于，包括胶结充填体、预制骨架和固定锚杆，预制骨架通过固定锚杆固定在进路边壁上，胶结充填体对预制骨架进行充填；

其中，预制骨架包括弧形网架、矩形网架、预拉应力钢筋、钢筋锚杆和金属网，

弧形网架置于充填假顶底部，弧形网架底部下层长边钢筋两端焊接预拉应力钢筋，弧形网架两侧布置矩形网架，矩形网架上焊接钢筋锚杆一，弧形网架上焊接钢筋锚杆二，矩形网架背侧和预拉应力钢筋上部均设置金属网。

2.根据权利要求1所述的下向水平进路充填法大跨度假顶结构，其特征在于，所述胶结充填体由充填料浆水化凝结形成，胶结充填体高度为假顶高度，要求充填体28天强度≥5MPa。

3.根据权利要求1所述的下向水平进路充填法大跨度假顶结构，其特征在于，所述弧形网架为双层网架，弧形网架的长边和短边均为弧形，采用Q235或Q335带肋钢筋制作，钢筋直径12~16mm，两层弧形钢筋之间的距离200~400mm；弧形网架长边和短边上部弧形钢筋最高点与最低点之间的垂直距离为300~500mm；弧形网架网格单元为矩形或三角形。

4.根据权利要求1所述的下向水平进路充填法大跨度假顶结构，其特征在于，所述矩形网架为双层网架，采用Q235或Q335带肋钢筋制作，钢筋直径12~16mm，矩形网架的层间距为300~500mm，矩形网架的高度为1.0~1.5m，长为3.0~4.0m，宽度与弧形网架宽度相同；矩形网架网格单元为矩形或三角形。

5.根据权利要求1所述的下向水平进路充填法大跨度假顶结构，其特征在于，所述钢筋锚杆一和钢筋锚杆二采用Q235或Q335带肋钢筋制作，钢筋直径12~16mm，钢筋锚杆一长度为1.5~2.0m，钢筋锚杆二长度为0.5~1.0m。

6.根据权利要求1所述的下向水平进路充填法大跨度假顶结构，其特征在于，所述钢筋锚杆一垂直于矩形网架平面焊接，弧形网架上每排焊接三根钢筋锚杆二，三根钢筋锚杆二中的一根位于弧形网架的中央垂直布置，另外两根位于中央钢筋锚杆二的两侧倾斜布置。

7.根据权利要求1所述的下向水平进路充填法大跨度假顶结构，其特征在于，所述金属网采用带肋钢筋焊接制作，直径为6mm~10mm，网度为50mm×50mm~100mm×100mm。

8.根据权利要求1所述的下向水平进路充填法大跨度假顶结构的构筑方法，其特征在于，包括步骤如下：

S1：根据采场进路设计跨度及长度，在开采结束前，在地面预制弧形网架与矩形网架：

沿弧形网架宽度方向每隔1.5~2m选择一根上层钢筋布置钢筋锚杆二，每个上层钢筋布置根钢筋锚杆二，分别布置在上层钢筋的1/4、1/2及3/4处，其中1/2处锚杆垂直向上，1/4和3/4处锚杆与水平夹角60~75°，1/4和3/4处锚杆对称分布；

沿矩形网架长度方向每隔1~1.5m布置一条钢筋锚杆一，钢筋锚杆一与矩形网架长边垂直；

S2：在开采结束前，完成制作预拉应力钢筋：

根据弧形网架跨度，截取相应长度，采用焊接的方式与弧形网架下层钢筋两端进行连接，在弧形网架宽度方向每隔1.5~2.0m布置一条预拉应力钢筋；

S3：在开采结束前，在预拉应力钢筋上布置金属网，通过绑扎或焊接的方式连接牢固，金属网分别超出弧形网架短边两侧50~100mm；在矩形网架背侧布置金属网，通过绑扎或焊接的方式连接牢固，金属网分别超出弧形网架长边两侧50~100mm；

S4：开采结束后，将装配好的弧形网架和矩形网架运输至采场附近，同时，对采场底板及两帮进行清理，保证底板平坦、无明显凸起、无积水，两帮没有明显的超采与欠采，并将浮石清理干净；

S5：沿进路两帮每隔2~3m布置一个固定锚杆钻孔，钻孔直径40mm，深1.5~2m，倾斜向下15~30°；钻孔距离底板高度0.5~1.0m，将固定锚杆分别打入各个钻孔，外露0.5~1.0m的长度；

S6：将两个矩形网架和一个弧形网架运至进路最里侧，先将两个矩形网架分别放置在两帮处，钢筋锚杆一悬臂端向进路内侧，保证网架垂直、平稳，然后将弧形网架放置在进路中间，两侧分别与矩形网架紧密接触，并进行焊接，形成一组组合网架，最后将两侧的矩形网架与固定锚杆进行焊接；

按照同样的方法由采场里侧依次向外侧安装，通过绑扎或焊接的方式连接每组组合网架，每组组合网架的高度保持一致；

S7：布置结束后，开始浇筑胶结充填料浆，最终形成假顶。

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