[实用新型]一种井下支护用人工矿柱

说明书

一种井下支护用人工矿柱，包括接顶钢板、预应力施加机构及插接在两者之间的支撑立柱，支撑立柱由两根套接的支撑钢管组成，预应力施加机构包括预应力施加缸筒及焊接有导向缸筒的底座/支撑钢板，底座/支撑钢板通过导向缸筒包覆预应力施加缸筒，预应力施加缸筒内部用于填充膨胀材料。人工矿柱的架设方法为：先将填充有膨胀材料的预应力施加机构放置到支护位置处的底板上，再将支撑立柱外管插入支撑钢板上，然后将接顶钢板插接到支撑立柱内管顶端；在支撑立柱外管上固装卡箍，内管上松套卡箍；向上抬升支撑立柱内管，使接顶钢板与顶板接触；紧固内管卡箍，在两卡箍间安放千斤顶并施加预紧支撑力，同时焊接内外管；预应力施加缸筒注水并输出膨胀力。

技术领域

本实用新型属于采矿工程技术领域，特别是涉及一种井下支护用人工矿柱。

背景技术

在开采地下矿山的水平和缓倾斜金属矿床时，为了保证人员的作业安全条件，通常留有较宽的连续采区矿柱和间断的圆形或矩形点柱，用以承载采区范围上部的覆岩载荷，以限制顶板的变形和破坏，保证采场的稳定性，控制矿房回采的允许跨度。

尽管原生矿柱提高了采场的安全性，然而，若在生产末期对留设的残留矿柱不进行回收，势必会降低经济效益。目前，最为常见的回收残留矿柱的方法是直接削弱爆破和利用人工矿柱来替换。与直接削弱爆破方式相比，人工矿柱的安装能够提高采场的安全性，因为在回收原生矿柱之前，顶板已经被人工矿柱支撑。

根据的承载和变形特性，人工矿柱可分为脆性矿柱、完美的弹塑性矿柱、应变软化矿柱和应变硬化矿柱。目前，三类人工矿柱已广泛应用于采矿行业，而作为“让压支护”系统之一的应变硬化矿柱仍处于研发阶段。

除了优化人工矿柱的载荷-位移曲线外，支护体的实际作用时机也是影响支护效果的一个关键因素。众所周知，在架设人工矿柱支护体之前，由于采场的采动影响，顶板会形成一定的早期变形量，与此同时，在人工矿柱的顶部和采场顶板之间通常存在一定的间隙，导致人工矿柱实际开始承受顶板载荷之前，顶板必然已有了进一步变形。为了解决这个问题并提供尽可能早地支护，人工矿柱的施工时间必须减少。然而，对于一种特定的支护结构，其施工周期是固定的，例如建造和维护一座传统的混凝土矿柱至少需要耗费7天时间。因此，迫切需要开发可以缩短施工周期的新支护技术。

较早地对采场顶板提供支护的另一种更有效的方法是将“被动支护”改为“主动支撑”，“主动支撑”可以快速提供预应力，以消除顶板和支护体之间的间隙，并较早地限制顶板变形。目前，市场上共有五种类型的预应力支撑系统，包括木楔、机械装置、充气橡胶气囊、灌浆填充袋和水膨胀钢隔膜，但上述五种类型的预应力支撑系统存在一个共同的缺点，即主动支撑力较低，其大约仅在20kN到800kN范围内。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种井下支护用人工矿柱，可将人工矿柱的建造时间缩短到数小时以内，同时能够实现顶板的主动支撑和应变硬化承载。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种井下支护用人工矿柱，包括接顶钢板、支撑立柱及预应力施加机构；所述接顶钢板上表面与顶板相接触，支撑立柱顶端与接顶钢板下表面插接相连，支撑立柱底端与预应力施加机构顶端插接相连，预应力施加机构放置于底板上。

所述支撑立柱的数量为5～7根，若干支撑立柱在接顶钢板与预应力施加机构之间均布设置。

在所述接顶钢板下表面焊接有顶板侧插接套管，在预应力施加机构上端固装有底板侧插接套管，所述支撑立柱顶端与顶板侧插接套管插接配合，支撑立柱底端与底板侧插接套管插接配合。

所述支撑立柱包括顶板侧支撑钢管和底板侧支撑钢管，底板侧支撑钢管套装在顶板侧支撑钢管外侧，底板侧支撑钢管的管体长度小于顶板侧支撑钢管的管体长度，顶板侧支撑钢管与底板侧支撑钢管之间采用间隙配合；所述顶板侧支撑钢管顶端插接在顶板侧插接套管内，底板侧支撑钢管底端插接在底板侧插接套管内。