CN114776302A - 一种阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法，属于采矿工程技术领域。该方法首先在可能发生冒落的采场区域平面影响范围外顶部沿矿体走向两侧各施工一条沿脉巷道，在上盘沿脉巷道使用微型盾构机进行穿脉巷道的施工，待穿脉巷道掘进完成后，在穿脉巷道两帮垂直、斜上方及斜下方位置钻设注浆孔，待注浆孔钻设作业完成后，进行高压注浆；待注浆工作完成后，在穿脉巷道中铺设折叠式3D打印柱状高强度树脂网，待树脂网完全展开后，使用混凝土料浆对穿脉巷道进行充填处理。本发明能阻止水体沿着次生裂隙进入采场，节省矿山企业的人力财力，保证矿山企业工作人员的安全和日常生产。

Description

一种阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法
技术领域
本发明涉及采矿工程技术领域，特别是指一种阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法。
背景技术
地表水体、建筑物和公（铁）路下的矿体开采统称为“三下”开采。此外，我国胶东某金矿矿体位于渤海以下。上述地表水体和海域下的矿床开采难度极大，且矿体开采容易受矿体与围岩稳定性的影响。水下开采是一种开采难度较大的矿体，水下开采技术尤其是海底开采，有待深入研究。其中一个关键问题就是水下开采破碎矿体内发育构造极易诱发采场或巷道发生抽冒型突水。水下开采巷道抽冒型突水后果不堪设想，其研究对于水下开采的安全和高效开采、临界开采高度具有非常重要的意义。
现有技术中涉及了一种水下开采顶板渗流突水试验方法及装置，其虽能够更真实体现构造应力和顶部水压力、覆盖层自重作用共同作用，从而提高试验精确度。但其局限于还处在试验阶段，装置操作复杂，无法应用到矿山工程中去。
现有技术中还提出了一种锚索加固三角形防冒落岩梁，其具有能解决现有技术无法进行冒落区内出矿及冒落空区形状内有效探测难题，通过在冒落空区顶部的三角加固岩梁防止进一步冒落，并在岩梁承载下进行出矿、空区探测与充填作业等优点，适于地下工程领域应用。但其无法适用于水下开采破碎矿体内次生裂隙分布的情况。
另外还有突水应急堵水方法及其堵水装置，该装置配合锚杆进行固定安装，且通过气囊充气膨胀进行封堵的堵水方法和堵水装置。该方法只适用于巷道少量涌水，在水下破碎矿体次生裂隙分布的环境下，该装置起不到任何作用，采场会发生向上抽冒。
基于上述水下开采破碎矿体内发育构造引起巷道抽冒型突水的问题，本发明提出一种阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法。能够适用于水下破碎矿体内次生裂隙分布开采，能阻止水体沿着次生裂隙进入采场，避免因破碎带失稳，造成采场顶板向上抽冒的重大矿难事故，从而极大程度节省了矿山企业的人力财力，保证了矿山企业工作人员的安全和日常生产。并且该方法施工作业难度较小且工作人员安全能得以保证。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法。
该方法包括步骤如下：
S1：在矿体的上盘和下盘沿着矿体走向施工上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道，一般的，上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道位于安全距离范围外，具体的安全距离根据上下盘矿体的稳定性确定；
S2：在上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道分别采用微型盾构机进行穿脉巷道的施工，相邻两条穿脉巷道中线间距为6m～8m；
S3：待穿脉巷道掘进完成后，在穿脉巷道两帮的垂直、斜上方及斜下方位置钻设注浆孔，使两条穿脉巷道间的注浆孔均成菱形排布；
S4：待注浆孔钻设作业完成后，采用注浆泵进行高压注浆；
S5：待注浆工作完成后，在穿脉巷道内部铺设折叠式3D打印柱状高强度树脂网；
S6：待树脂网铺设完成后，采用混凝土料浆对穿脉巷道进行接顶充填处理。
其中，S1中矿体为有发生冒落风险的采场区域平面影响范围外顶部的矿体。
S1中上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道的断面均为矩形，断面宽×高为（2.0～3.0m）×（2.5～3.5m）。
S2中穿脉巷道为圆形，直径为2.0～3.0m，穿脉巷道不少于两条。
S3中斜上方和斜下方角度均为45°。
S3中注浆孔的孔径为40mm～120mm，孔深为4m～6m，排距为2m～3m。
S4中注浆压力为4.0MPa以上。
S5中折叠式3D打印柱状高强度树脂网为圆柱形，圆柱直径为2.0～3.0m；网格间距为50～200mm，单根树脂直径为5～20mm，网格为菱形或正方形。
折叠式3D打印柱状高强度树脂网两端密闭，且前端面上部预留注浆孔和出气孔，进行下一步充填时，混凝土料浆通过预留的注浆孔注入穿脉巷道，注浆孔和出气孔均为圆形，孔径为40-70mm。
S6中混凝土料浆为强度C25以上的混凝土料浆，具体的，混凝土料浆中水泥：碎石：水质量比为0.5：0.5：1。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，适用于水下开采破碎矿体内次生裂隙分布，能阻止水体沿着次生裂隙进入采场，避免因破碎带失稳，造成采场顶板向上抽冒的重大矿难事故，从而极大程度节省了矿山企业的人力财力，保证了矿山企业工作人员的安全和日常生产。而且，该方法采用微型盾构机进行穿脉巷道施工，折叠式3D打印柱状高强度树脂网对穿脉巷道进行加固，可以发现其施工作业难度较小且工作人员安全能得以保证。
附图说明
图1为本发明的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法中上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道掘进示意图；
图2为图1中A-A剖面示意图；
图3为本发明的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法中穿脉巷道掘进示意图；
图4为图1中B-B剖面示意图；
图5为本发明的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法中注浆孔施工布置示意图；
图6为图5中C-C剖面示意图；
图7为本发明的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法中注浆及铺设折叠式3D打印柱状高强度树脂网示意图；
图8为图7中D-D剖面示意图；
图9为本发明的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法中注浆孔布置图；
图10为图9的俯视图；
图11为图9的主视图；
图12为本发明所应有的叠式3D打印柱状高强度树脂网示意图。
其中：1-水体；2-矿体；3-破碎矿石；4-发育构造；5-上盘沿脉巷道；6-下盘沿脉巷道；7-微型盾构机；8-圆形穿脉巷道；9-注浆孔；10-折叠式3D打印柱状高强度树脂网；11-已完成注浆的注浆孔；12-碎石-混凝土充填体；13-穿脉巷道壁；
a-折叠状态一；b-折叠状态二；c-展开状态。
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。
本发明提供一种阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法。
该方法包括步骤如下：
包括步骤如下：
S1：在矿体的上盘和下盘沿着矿体走向施工上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道；
S2：在上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道分别采用微型盾构机进行穿脉巷道的施工，相邻两条穿脉巷道中线间距为6m～8m；
S3：待穿脉巷道掘进完成后，在穿脉巷道两帮的垂直、斜上方及斜下方位置钻设注浆孔，使两条穿脉巷道间的注浆孔均成菱形排布；
S4：待注浆孔钻设作业完成后，采用注浆泵进行高压注浆；
S5：待注浆工作完成后，在穿脉巷道内部铺设折叠式3D打印柱状高强度树脂网；
S6：待树脂网铺设完成后，采用混凝土料浆对穿脉巷道进行接顶充填处理。
下面结合具体实施例予以说明。
在具体实施过程中，在开采水体1下矿体2时，矿体2内部有发育构造4，破碎矿石3堆积在矿体2底部，在可能发生冒落的采场区域平面影响范围外顶部沿矿体走向两侧各施工一条沿脉巷道，分别为上盘沿脉巷道5和下盘沿脉巷道6，如图1和图2所示。
进一步的，在上盘沿脉巷道5和下盘沿脉巷道6分别使用微型盾构机7进行圆形穿脉巷道8的施工，穿脉巷道直径为2.0m～3.0m，相邻两穿脉巷道中线间距为6m～8m。如图3和图4所示。
待穿脉巷道掘进完成后，在穿脉巷道壁13沿两帮垂直、斜上方及斜下方45°位置钻设注浆孔9，注浆孔9孔径为40mm～120mm，孔深为4m～6m，排距为2m～3m，相邻两穿脉巷道间的注浆孔成菱形排布（如图5、图6、图9、图10和图11所示），该排布方式能更好地起到防水阻水的作用。
待注浆孔钻设作业完成后，利用注浆泵高压注浆，一般采用BW160注浆泵。所注浆体为化学浆，化学浆可通过破碎矿体内发育构造进行流动，从而阻止水体沿发育构造进入采场。
待注浆工作完成后，注浆孔成为已完成注浆的注浆孔11，在穿脉巷道中铺设折叠式3D打印柱状高强度树脂网10（如图7和图8所示），在使用之前树脂网处于折叠状态一a，且两端为封闭状态（如附图12所示），随后将折叠状态下的树脂网置于穿脉巷道中，由巷道一侧展开，成为折叠状态二b，继续拉开，直至拉至另一侧，成为展开状态c，树脂网完全展开撑满整个穿脉巷道，起到加固梁作用。折叠式3D打印柱状高强度树脂网10端面上设置注浆孔和出气孔，充填料浆通过注浆孔进入圆柱形树脂网，将其中的空气由出气孔排出。
待上述工作完成后，进行最后一步，即使用水泥：碎石：水比例为0.5：0.5：1的混凝土料浆通过折叠式3D打印柱状高强度树脂网10端面上设置注浆孔对穿脉巷道进行充填处理，成为碎石-混凝土充填体12。
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 (10)

1.一种阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法，其特征在于，包括步骤如下：
S1：在矿体的上盘和下盘沿着矿体走向施工上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道；
S2：在上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道分别采用微型盾构机进行穿脉巷道的施工，相邻两条穿脉巷道中线间距为6m～8m；
S3：待穿脉巷道掘进完成后，在穿脉巷道两帮的垂直、斜上方及斜下方位置钻设注浆孔，使两条穿脉巷道间的注浆孔均成菱形排布；
S4：待注浆孔钻设作业完成后，采用注浆泵进行高压注浆；
S5：待注浆工作完成后，在穿脉巷道内部铺设折叠式3D打印柱状高强度树脂网；
S6：待树脂网铺设完成后，采用混凝土料浆对穿脉巷道进行接顶充填处理。
2.根据权利要求1所述的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法，其特征在于，所述S1中矿体为有发生冒落风险的采场区域平面影响范围外顶部的矿体。
3.根据权利要求1所述的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法，其特征在于，所述S1中上盘沿脉巷道和下盘沿脉巷道的断面均为矩形，断面宽×高为（2.0～3.0m）×（2.5～3.5m）。
4.根据权利要求1所述的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法，其特征在于，所述S2中穿脉巷道为圆形，直径为2.0～3.0m，穿脉巷道不少于两条。
5.根据权利要求1所述的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法，其特征在于，所述S3中斜上方和斜下方角度均为45°。
6.根据权利要求1所述的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法，其特征在于，所述S3中注浆孔的孔径为40mm～120mm，孔深为4m～6m，排距为2m～3m。
7.根据权利要求1所述的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法，其特征在于，所述S4中注浆压力为4.0MPa以上。
8.根据权利要求1所述的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法，其特征在于，所述S5中折叠式3D打印柱状高强度树脂网为圆柱形，圆柱直径为2.0～3.0m；网格间距为50～200mm，单根树脂直径为5～20mm，网格为菱形或正方形。
9.根据权利要求8所述的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法，其特征在于，所述折叠式3D打印柱状高强度树脂网两端密闭，且前端面上部预留注浆孔和出气孔。
10.根据权利要求1所述的阻断水体下构造发育型破碎矿体向上抽冒的方法，其特征在于，所述S6中混凝土料浆为强度C25以上的混凝土料浆，混凝土料浆中水泥：碎石：水质量比为0.5：0.5：1。
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