CN114109458B - 一种钢筋混凝土人工矿柱构筑方法 - Google Patents

一种钢筋混凝土人工矿柱构筑方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢筋混凝土人工矿柱构筑方法，将采空区高度精确等分，按等分高度预制单元体，将预制单元体按从上往下倒装的方式装配，与采空区顶板接顶的预制单元体通过锚索构件固定，与接顶预制单元体相邻的下一个预制单元体通过接续杆构件与锚索构件的下端可拆卸连接，后续预制单元体依次与上一个预制单元体之间通过接续杆构件连接，最后一个预制单元体嵌装于其上方预制单元体和采空区底板之间。预制单元体利用锚索和接续杆牢固连接于顶板下方，借助重力和拉力作用迫使顶板产生一定下沉压缩预制单元体间的安装缝隙，使人工矿柱完全连接为一整体。对提高采空区稳定性、以人工矿柱转换原生矿柱降低资源损失、确保矿山安全开采意义重大。

Description

一种钢筋混凝土人工矿柱构筑方法
技术领域
本发明属于矿山开采领域，具体为一种钢筋混凝土人工矿柱构筑方法。
背景技术
采空区是赋存于地下的矿体被开采后形成的空间，是矿山安全开采面临的重大危险源。对采空区的处理，顶板最为关键。人为构造矿柱支撑顶板，通过施加外力平衡顶板受力，改善顶板受力环境，可大大提高顶板的稳定性，是处理采空区的有效方法之一。
工程实践过程中，人工矿柱是采用水泥、砂石等具有较好的抗压性能的材料浇筑而成，支撑效果如何，取决于矿柱是否接顶。只有完全接顶，人工矿柱才能发挥支撑作用，否则，支撑效果将大打折扣甚至完全无法起到支撑作用。实际上，由于胶凝材料在脱水固结过程中产生收缩、混凝土和砂石在重力作用下下沉，人工矿柱难以接顶。且由下至上浇筑过程中，矿柱高度不断增加，矿柱顶部与采空区顶板之间的距离不断减小，当施工至接近顶板位置时，作业空间极其狭小，施工设备无法进入顶部实施浇筑作业，人工矿柱顶部自然难以与顶板产生实质接触，造成顶部悬空无法接顶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种施工过程难度低、可保证充分接顶的钢筋混凝土人工矿柱构筑方法。
本发明提供的这种钢筋混凝土人工矿柱构筑方法，将采空区高度精确等分，按等分高度预制单元体，将预制单元体按从上往下倒装的方式装配，与采空区顶板接顶的预制单元体通过锚索构件固定，与接顶预制单元体相邻的下一个预制单元体通过接续杆构件与锚索构件的下端可拆卸连接，后续预制单元体依次与上一个预制单元体之间通过接续杆构件连接，最后一个预制单元体嵌装于其上方预制单元体和采空区底板之间。
上述方法的一种实施方式中，所述预制单元体为钢筋混凝土圆柱，其内预留有多个孔径大于所述锚索直径的纵向贯穿孔。
上述方法的一种实施方式中，所述纵向贯穿孔的下端端部段直径大于其它位置的直径。
上述方法的一种实施方式中，所述接续杆构件包括圆杆和其上端固连的螺杆、下端固连的内螺纹套筒。
上述方法的一种实施方式中，所述锚索构件包括多股钢绞索和其下端固连的内螺纹套筒。
上述方法的一种实施方式中，所述纵向贯穿孔的下端端部段长度大于内螺纹套筒长度，内螺纹套筒长度大于螺杆长度。
上述方法的一种实施方式中，所述锚索构件的多股钢绞索穿过所述纵向贯穿孔，内螺纹套筒位于纵向贯穿孔的下端端部段中；所述接续杆构件上端的螺杆拧入锚索构件下端的内螺纹套筒中/上一个接续杆构件下端的内螺纹套筒中，下端的内螺纹套筒位于纵向贯穿孔的下端端部段中。
上述方法实施时包括以下步骤：
(1)在待处理的采空区顶板上钻孔，用于安装锚索；
(2)精确测量采空区顶板与底板之间的距离，并记录下来；
(3)将测得的采空区高度均分成若干等分高度，确定每个等分高度为预制单元体的高度；
(4)按确定高度、按设计要求浇筑成型预制单元体，成型的预制单元体内预留有指定数量的纵向贯穿孔；
(5)加工指定长度和数量的锚索和圆杆，在锚索的下端固连内螺纹套筒，在圆杆的两端分别固连螺杆和内螺纹套筒；
(6)将锚索上端穿过第一个预制单元体后，通过机械设备将预制单元体抬升至接近顶板，将锚索上端插入顶板上的钻孔中；
(7)机械设备继续抬升预制单元体至其贴紧顶板，锚索向上插入钻孔中的锚固材料中，锚索下端的内螺纹套筒位于预制单元体内纵向贯穿孔下端的端部段中；
(8)待锚索稳定锚固后，机械设备下降，持续拧紧长锚索下端的内螺纹套筒，向上施加压力不断挤压预制单元体，通过长锚索的锚固力使第一个预制单元体紧密贴合于顶板上；
(9)在第二个预制单元体的纵向贯穿孔中插入接续杆，通过机械设备将第二个预制单元体抬升至第一个预制单元体的底面，持续旋转接续杆，使其上端的螺杆拧入锚索下端的内螺纹套筒中，向上施加压力不断挤压第二个预制单元体，通过接续杆使第二个预制单元体与第一个预制单元体牢固连接；
(10)按照步骤(9)的操作依次将后续预制单元体与其上方的预制单元体牢固连接，直至倒数第二个预制单元体与其上方的预制单元体牢固连接；
(11)将最后一个预制单元体推至倒数第二个预制单元体的正下方，通过测量设备保证两预制单元体的准确对齐，人工矿柱构筑完成。
本发明根据精确测量的采空区高度来确定人工矿柱的总高度，然后将总高度等分成若干段，每一段高度为预制单元体的高度，预制单元体采用钢筋混凝土圆柱，预制简单其且受力性能好。然后采用从采空区顶板往底板倒装的方式来装配矿柱。精确控制矿柱施工高度，解决了传统人工矿柱浇筑过程中顶部空间狭小难以施工的问题。具体来说，第一个预制单元体通过锚索锚固在顶板下方，并通过拧紧锚索下端内螺纹套筒使其牢固连接实现最大程度的安装接顶。此后由上至下依次安装其它预制单元体，上下预制单元体之间通过接续杆端部的螺杆与内螺纹套筒螺纹连接，拧紧螺纹挤压相邻预制单元体之间的空隙，使预制单元体之间密实连接。精准控制最后一个预制单元体的高度，将其直接推送至倒数第二个预制单元体的正下方，作为基础。当所有预制单元体安装完毕后，人工矿柱主体形态已经形成，此时矿柱接顶问题已解决，仅剩下倒数第二个预制单元体和最后一个预制单元体之间尚存在狭小的安装缝隙。而采空区顶板在其上覆岩层重力和矿柱预制单元体拉力的双重作用下，必然产生一定下沉，压缩预制单元体的这一安装缝隙，最终使得人工矿柱完全形成一个整体结构，对采空区顶板产生支撑作用。总之，本发明通过事先精确制作预制单元体，利用锚索和接续杆将预制单元体牢固连接于顶板下方，并借助重力和拉力作用迫使顶板产生一定下沉压缩预制单元体间的安装缝隙，使人工矿柱完全连接为一整体，从而巧妙地同时解决构筑矿柱和采空区接顶尖锐矛盾，为矿山采用人工矿柱处理采空区扫清了最后的障碍，对提高采空区稳定性、以人工矿柱转换原生矿柱降低资源损失、确保矿山安全开采意义重大。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为图1中预制单元体的俯视放大示意图。
图3为图1中的A部放大示意图。
图4为图1中的B部放大示意图。
具体实施方式
结合图1至图4可以看出，本实施例公开的这种钢筋混凝土人工矿柱，包括若干预制单元体1、接续杆2、锚索3。
本实施例各预制单元体采用倒装的方式安装，先将最上面的预制单元体通过锚索紧密固定于采空区顶板上，然后在该预制单元体的下方依次接续紧密固定各预制单元体，直至最下面倒数第二个预制单元体安装完毕。
预制单元体1为钢筋混凝土圆柱，其内预留有多个孔径大于锚索3直径的纵向贯穿孔11，可以将一个预制单元体不预留纵向贯穿孔，将该预制单元体安装于矿柱的最下面(采空区底板上)。
纵向贯穿孔11的下端端部段的直径大于其它位置的直径,其它位置的直径大于锚索3的直径。
预制单元体1的各纵向贯穿孔11中配置分别配置接续杆2，接续杆2的上端固连有螺杆LG，下端固连有内螺纹套筒TT，螺杆伸出于预制单元体1的上端面外，内螺纹套筒位于纵向贯穿孔11的下端端部段中。
纵向贯穿孔的下端端部段长度略大于内螺纹套筒22的长度，内螺纹套筒22的长度大于螺杆21的长度，以保证上下接续杆螺纹连接时，螺杆能全部拧入内螺纹套筒中。
锚索3采用多股钢绞索，锚索的下端固连与接续杆下端相同的内螺纹套筒TT。锚索长度大于预制单元体的高度。
锚索用于固定第一个预制单元体，上下预制单元体之间通过接续杆连接锁紧，最后一个预制单元体与其上方的预制单元体之间不用设置接续杆。所以锚索数量为第一个预制单元体内纵向贯穿孔的数量，接续杆的总数＝(预制单元体总数-2)×每个预制单元体内纵向贯穿孔。
本实施例的矿柱构筑施工包括以下步骤：
(1)在待处理的采空区顶板上钻孔用于安装长锚索，所以钻孔数量和位置根据预制单元体内纵向贯穿孔的数量和位置确定。
(2)精确测量采空区顶板与底板之间的距离，并记录下来，这个距离值为人工矿柱的总高度。
(3)将测得的采空区高度均分成若干等分高度，确定每个等分高度为预制单元体的高度。由于预制单元体为钢筋混凝土圆柱，而且其直径和设置数量根据采空区的具体情况确定，一般直径为3-10米，所以其高度不能太高，宜为1-3米，不然预制单元体的重量太大，对抬升设备的功率要求高。
(4)按确定高度、按设计要求浇筑成型预制单元体，成型的预制单元体内预留有指定数量的纵向贯穿孔。
(5)加工指定长度和数量的锚索和圆杆，在锚索的下端固连内螺纹套筒，在圆杆的两端分别固连螺杆和内螺纹套筒。
(6)将锚索上端穿过第一个预制单元体后，通过机械设备将预制单元体抬升至接近顶板，将锚索上端插入顶板上的钻孔中。
(7)机械设备继续抬升预制单元体至其贴紧顶板，锚索向上插入钻孔中的锚固材料中，锚索下端的内螺纹套筒位于预制单元体内纵向贯穿孔下端的端部段中。
(8)待锚索稳定锚固后，机械设备下降，持续拧紧长锚索下端的内螺纹套筒，向上施加压力不断挤压预制单元体，通过长锚索的锚固力使第一个预制单元体紧密贴合于顶板上。由于顶板的表面不可能很平整，所以通过挤压可尽可能的缩小第一个预制单元体与顶板之间的间隙，使其尽可能的贴紧顶板表面。
(9)在第二个预制单元体的纵向贯穿孔中插入接续杆，通过机械设备将第二个预制单元体抬升至第一个预制单元体的底面，持续旋转接续杆，使其上端的螺杆拧入锚索下端的内螺纹套筒中，向上施加压力不断挤压第二个预制单元体，通过接续杆使第二个预制单元体与第一个预制单元体牢固连接。
由于预制单元体的表面光滑平整，上下预制单元体通过纵向贯穿孔内的接续杆螺纹连接锁紧时，能保证上下预制单元体之间的紧密性。
(10)按照步骤(9)的操作依次将后续预制单元体与其上方的预制单元体牢固连接，直至倒数第二个预制单元体与其上方的预制单元体牢固连接。
(11)将最后一个预制单元体推至倒数第二个预制单元体的正下方，通过测量设备保证两预制单元体的准确对齐，人工矿柱构筑完成。
本实施例根据精确测量的采空区高度来确定人工矿柱的总高度，然后将总高度等分成若干段，每一段高度为预制单元体的高度，预制单元体采用钢筋混凝土圆柱，预制简单其且受力性能好。
采用从采空区顶板往底板倒装的方式来拼装矿柱。精确控制矿柱施工高度，解决了传统人工矿柱浇筑过程中顶部空间狭小难以施工的问题。
当所有预制单元体安装完毕后，人工矿柱主体形态已经形成，此时矿柱接顶问题已解决，仅剩下倒数第二个预制单元体和最后一个预制单元体之间尚存在狭小的安装缝隙。
而采空区顶板在其上覆岩层重力和矿柱预制单元体拉力的双重作用下，必然产生一定下沉，压缩预制单元体的这一安装缝隙，最终使得人工矿柱完全形成一个整体结构，对采空区顶板产生支撑作用。
简言之，本发明改变传统的自下而上浇筑工艺，采用装配式施工工艺预制单元体，将预制单元体自上而下依次拼装组成整体，全过程实现机械化作业，大大简化了施工作业难度，降低了施工作业风险，最关键的可实现矿柱接顶，有效支撑采空区顶板，极大提高顶板稳定性，是一种全新的人工矿柱的构筑方法。

Claims (8)

1.一种钢筋混凝土人工矿柱构筑方法，其特征在于：本方法将采空区高度精确等分，按等分高度预制单元体，将预制单元体按从上往下倒装的方式装配，与采空区顶板接顶的预制单元体通过锚索构件固定，与接顶预制单元体相邻的下一个预制单元体通过接续杆构件与锚索构件的下端可拆卸连接，后续预制单元体依次与上一个预制单元体之间通过接续杆构件连接，最后一个预制单元体嵌装于其上方预制单元体和采空区底板之间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预制单元体为钢筋混凝土圆柱，其内预留有多个孔径大于所述锚索直径的纵向贯穿孔。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述纵向贯穿孔的下端端部段直径大于其它位置的直径。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述接续杆构件包括圆杆和其上端固连的螺杆、下端固连的内螺纹套筒。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述锚索构件包括多股钢绞索和其下端固连的内螺纹套筒。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述纵向贯穿孔的下端端部段长度大于内螺纹套筒长度，内螺纹套筒长度大于螺杆长度。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述锚索构件的多股钢绞索穿过所述纵向贯穿孔，内螺纹套筒位于纵向贯穿孔的下端端部段中；所述接续杆构件上端的螺杆拧入锚索构件下端的内螺纹套筒中/上一个接续杆构件下端的内螺纹套筒中，下端的内螺纹套筒位于纵向贯穿孔的下端端部段中。
8.如权利要求6所述的方法，包括以下步骤：
(1)在待处理的采空区顶板上钻孔，用于安装锚索；
(2)精确测量采空区顶板与底板之间的距离，并记录下来；
(3)将测得的采空区高度均分成若干等分高度，确定每个等分高度为预制单元体的高度；
(4)按确定高度、按设计要求浇筑成型预制单元体，成型的预制单元体内预留有指定数量的纵向贯穿孔；
(5)加工指定长度和数量的锚索和圆杆，在锚索的下端固连内螺纹套筒，在圆杆的两端分别固连螺杆和内螺纹套筒；
(6)将锚索上端穿过第一个预制单元体后，通过机械设备将预制单元体抬升至接近顶板，将锚索上端插入顶板上的钻孔中；
(7)机械设备继续抬升预制单元体至其贴紧顶板，锚索向上插入钻孔中的锚固材料中，锚索下端的内螺纹套筒位于预制单元体内纵向贯穿孔下端的端部段中；
(8)待锚索稳定锚固后，机械设备下降，持续拧紧长锚索下端的内螺纹套筒，向上施加压力不断挤压预制单元体，通过长锚索的锚固力使第一个预制单元体紧密贴合于顶板上；
(9)在第二个预制单元体的纵向贯穿孔中插入接续杆，通过机械设备将第二个预制单元体抬升至第一个预制单元体的底面，持续旋转接续杆，使其上端的螺杆拧入锚索下端的内螺纹套筒中，向上施加压力不断挤压第二个预制单元体，通过接续杆使第二个预制单元体与第一个预制单元体牢固连接；
(10)按照步骤(9)的操作依次将后续预制单元体与其上方的预制单元体牢固连接，直至倒数第二个预制单元体与其上方的预制单元体牢固连接；
(11)将最后一个预制单元体推至倒数第二个预制单元体的正下方，通过测量设备保证两预制单元体的准确对齐，人工矿柱构筑完成。
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