[发明专利]一种地下采场人工点柱膨胀接顶装置及构筑方法

说明书

技术领域

本发明属于采矿工程技术领域，特别是涉及一种地下采场人工点柱膨胀接顶装置及构筑方法。

背景技术

在非煤矿山采矿工程领域中，空场采矿法作为三大采矿方法之一，一直占据着重要地位。空场法的主要特点，是将矿块划分为矿房和矿柱，回采矿房时所形成的采空区，利用矿房四周留设的顶柱、底柱、间柱以及矿房中留设规则或不规则的点柱，用以支撑矿房回采后形成的空场，维护其稳定性。

空场法留设的矿柱，通常在矿山生产末期进行统一回收，但回收率较低，损失贫化率高，这样就造成了大量的浪费，不利于矿产资源的保护。尤其对于某些品位较高或价值较高的矿石，留设大量的矿柱无法回收，对矿山开采企业来说也是较大的经济损失。因此越来越多使用空场法回采的矿山，采用人工点柱代替矿石点柱的方法来提高资源回收利用率，提升经济效益。

在空场法回采的矿块中，矿房内留设用于替代矿柱的人工点柱，通常采用掘进大块废石与水泥砂浆砌筑而成，或者在采场内搭建模板用混凝土浇筑而成。与矿柱相比，人工点柱可有效提高回采率和矿山经济效益，但在工程实际中，空场内构筑人工点柱的最大问题在于点柱与矿房顶板不能有效接顶，使人工点柱对顶板的支撑作用不明显。

矿房顶板是矿体在炸药爆破作用下崩落矿石后形成的不平整面。在采场中构筑人工点柱，无论是采用砌筑方式还是浇注方式，人工点柱顶部与矿房顶板之间总会存在一定高度(大于20mm)的接顶空间，对于接顶空间，矿山现场常用的处理方式包括：一、不予处理，任由矿房顶板逐渐变形垮落与人工点柱实现接顶；二、采用较小块度(100mm～200mm)的块石铺设在接顶空间内用以减小接顶空间高度；三、楔入一定直径的圆木在接顶空间内，实现人工点柱对矿房顶板的支撑；四、采用人工泼水泥砂浆的方式或者采用水泥砂浆喷射机将水泥砂浆逐次充填至接顶空间内，水泥砂浆凝固后将人工点柱与采场顶板胶结为一体。上述前两种接顶处理方式均属于完全被动接顶，顶板在变形过程中，与人工点柱接顶之前，容易发生顶板冒落等危险；第三种圆木楔入接顶方式为柔性接顶，接顶效果差，圆木对顶板的有效支撑力小，随着国家相关安全规程对井下木支护形式的禁止，采用楔入圆木进行接顶处理的方式也将逐渐被淘汰；第四种接顶处理方式相比其他三种方式，接顶效果有明显提高，首先可实现完全接顶，其次水泥砂浆凝固后强度较高；但该方式存在接顶施工工艺复杂、劳动强度大等缺点，而且该方式仍属于被动支护接顶，接顶空间中的水泥砂浆只是将人工点柱与采场顶板胶结在一起，其本身对采场顶板并没有产生主动的支撑力。

发明内容

本发明针对现有人工点柱接顶技术存在的问题，提供一种结构简单、造价低廉、使用便捷、能够快速主动接顶、接顶效果好、支撑力大的人工点柱膨胀接顶装置及构筑方法。

本发明采用的技术方案为：

一种地下采场人工点柱膨胀接顶装置，用于地下采场中，所述地下采场具有采场底板和采场顶板，采场底板上设有人工点柱基础，所述膨胀接顶装置安装在人工点柱基础和采场顶板之间，包括上外套桶、内套筒和下外套桶，所述内套筒置于上外套桶和下外套桶内，所述上外套桶具有桶底Ⅰ和桶壁Ⅰ，所述下外套桶具有桶底Ⅱ和桶壁Ⅱ，所述上外套桶套设在内套筒的上方，内套筒的外壁与桶壁Ⅰ的内壁间隙配合，所述下外套桶套设在内套筒的下方，内套筒的外壁与桶壁Ⅱ的内壁间隙配合，所述内套筒内由下至上依次设有碎石垫层和膨胀剂药卷，并在膨胀剂药卷上充填砂石，所述桶底Ⅰ和桶底Ⅱ上均设有泄水排气孔。

所述的一种地下采场人工点柱膨胀接顶装置，所述上外套桶和下外套桶的高度之和与内套筒的高度相匹配，所述上外套桶为钢质上外套桶，所述下外套桶为钢质下外套桶，所述内套筒为钢质内套筒。

所述的一种地下采场人工点柱膨胀接顶装置，桶壁Ⅰ和桶壁Ⅱ上均设有把手。

所述的一种地下采场人工点柱膨胀接顶装置，所述人工点柱基础为在采场内从采场底板至采场顶板方向，用块石砌筑或用混凝土浇筑的人工砌体。

所述的一种地下采场人工点柱膨胀接顶装置，所述碎石垫层中的碎石粒径为4.0-6.0mm，碎石垫层的厚度为40-60mm。

所述的一种地下采场人工点柱膨胀接顶装置，所述膨胀剂药卷为粉末状膨胀剂灌装到直径为30-50mm、具有透水性和韧性的纸筒中，所述纸筒的高度为150-250mm。

一种地下采场人工点柱膨胀接顶构筑方法，包括如下步骤：

1)在采场内部选定的位置上，构筑人工点柱基础；

2)将内套筒放入下外套桶中进行组合，组合后形成上部开口的桶状容器；