注浆式充填挡墙以及空区充填系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出一种注浆式充填挡墙以及空区充填系统，其中注浆式充填挡墙用于封闭待充空区的采矿巷道，以避免充填料浆泄露，该挡墙包括前承载墙、后承载墙、位于前承载墙和后承载墙之间的储浆袋(1)；其中，所述后承载墙位于待充填空区(15)侧，所述前承载墙位于待充填空区(15)相反侧，前承载墙和后承载墙包括防护网和支撑架；所述储浆袋顶部悬挂于巷道顶板，储浆袋前侧预置有充填孔和溢流孔。架设好前、后承载墙及储浆袋后，往袋内充入充填料浆，即浇筑一个“充填体塞子”，即可达到有效封堵待充空区采场巷道的目的。本实用新型的技术方案施工速度快捷，稳定性好，成本低廉，适应各种巷道断面，可广泛适用于各种待充填采场空区做充填挡墙。
【专利说明】注浆式充填挡墙以及空区充填系统【技术领域】[0001]本实用新型属于地下采矿领域，采用进路式胶结充填采矿法、分段或阶段开采嗣 后充填等各类采矿法的矿山，充填作业开始前，须构筑充填挡墙以封闭采场进路入口或者 空区入口，确保在充填过程中料浆不会泄露于待充填进路或采场以外的其他区域。本实用 新型提供了一种安全、高效、低成本的注浆式充填挡墙，以及包含该注浆式充填挡墙的采场 空区充填系统。【背景技术】[0002]与空场法、崩落法相比，充填法以其适应条件广、采矿损失贫化率低、有利于维护 地压及采场稳定、易于实现矿山绿色开采等显著的技术优势，获得了日益广泛的应用，有色 及黄金等各类贵金属矿山几乎全部采用充填法，甚至部分煤矿都已开始采用充填法。[0003]充填法的主要缺点是工艺复杂、采矿成本较高、生产效率低。充填挡墙是充填采矿 法中必不可少的一个工艺环节，其作用是在待充填采场空区底部入口的巷道中构筑密闭墙 以封闭采空区，确保随后充入空区的充填料浆不会流至采场外。目前国内外充填挡墙的构 筑主要包括:(I)砌筑挡墙法，采用空心砖等材料砌筑厚度400mm-1500mm的充填挡墙，并在 挡墙外表面喷浆加固，砌筑一个充填挡墙一般需要8-36h，养护周期一般要求3d以上，构筑 成本约为0.4-1.0万元。该种方式国内应该最广，具有成本低廉、施工工艺简单的优势，但 存在施工效率低、作业周期长、挡墙不牢固的不足，挡墙垮塌及跑浆事故屡屡发生，严重者 会导致井下设备报废及人员生命安全；(2)喷射混凝土筑墙法，即先用钢网2、麻袋布和钢 筋等在挡墙设计的位置绑扎一个充填挡墙帷幕，将其固定在巷道顶、帮预留的锚杆上，之后 采用湿喷台车在该帷幕上喷射湿喷混凝土，喷厚约250mmm-650mm,构筑挡墙只需4_8h,养 护周期2d。该种方式在国外应用较广，具有施工速度快、挡墙牢固等优势，但一个20m2的充 填挡墙构筑成本高达2万元；同时国内采用湿喷工艺的矿山也很少，采用干喷法虽然可以 实现上述挡墙构筑，但由于干喷混凝土强度低、施工效率不高，一般矿山很少采用。[0004]实用新型内容[0005]为了解决上述问题，本实用新型提出了一种新的构筑地下矿山充填挡墙的技术方 案，由储浆袋、前承载墙、后承载墙构建注浆式充填挡墙，即采用土工布等材料缝制一超大 储浆袋1，储浆袋I轴向与巷道轴向一致，其断面轮廓与巷道断面近似一致(但截面积大于 或等于巷道断面)。储浆袋I前侧布置于待充填空区相反侧，后侧布置于靠待充填空区一侧， 前后两侧都须预先简单架设一承载墙，确保储浆袋I充入料浆后不会受压破损。该注浆充 填挡墙有两种充填工艺:(I)低载荷的挡墙充填工艺，即当作为进路式开采等充填料浆液 位不高的充填挡墙时，采场充填前在设计位置架设好前、后承压挡墙，悬挂好储浆袋I，往袋 内充入充填料浆，即浇筑一个“充填体塞子”，当储浆袋I充满后，切换管线继续充填待充采 场达到预定的打底层厚度，期间充填系统不中断；(2)高载荷的挡墙充填工艺，即当作为大 型空场嗣后充填采矿法的充填挡墙时，首先在设计位置架设好前、后承压挡墙，悬挂好储浆 袋1，往袋内充填料浆至完全充满，此时还可以继续充填待充填空区至设计的打底层厚度；如果打底层厚度过大，也可以在储浆袋I充满后停止充填，等待养护至预定龄期后再次充 填。[0006]基于此，本实用新型第一目的在于提出一种注浆式充填挡墙，用于封闭采矿巷道， 其特征在于，所述注浆式充填挡墙包括前承载墙、后承载墙、位于前承载墙和后承载墙之间 的储浆袋(I);其中，所述后承载墙位于待充填空区(15)侧，所述前承载墙位于待充填空 区(15)相反侧，前承载墙和后承载墙包括防护网和支撑架；所述储浆袋顶部悬挂于巷道顶 板，储浆袋前侧预置有充填孔和溢流孔。[0007]优选地，所述前承载墙和后承载墙的防护网为金属网，支撑架由多个横向支撑杆(3)和多个纵向支撑杆(4、14)组成，其中前、后承载墙的纵、横向支撑杆采用金属杆。[0008]优选地，所述前、后承载墙的横向支撑杆通过锚杆(16)与巷道侧帮(12)相连。[0009]优选地，所述金属网为钢网，所述金属杆为以下任一杆体:单体液压杆、各种型钢。[0010]优选地，所述储浆袋(I)的材料采用土工布、机织布或编织布，所述储浆袋(I)沿 巷道径向的截面大于或等于巷道的截面，且储浆袋(I)前、后两侧的间距大于或等于前、后 承载墙的间距。[0011 ] 优选地，所述储浆袋(I)前侧顶端固定于所述前承载墙顶端，后侧顶端固定于所述 后承载墙顶端。[0012]优选地，所述储浆袋是通过设置在其顶部的悬挂部件悬挂于巷道顶板，所述悬挂 部件包括吊挂单元和承载单元，其中，所述吊挂单元设置在储浆袋(I)的顶部；所述承载单 元设置在巷道顶板上。[0013]优选地，所述吊挂单元为储浆袋(I)顶部设置的多排挂钩或滑块。[0014]优选地，所述承载单元为巷道顶板上设置的多根吊顶金属丝(13)、吊顶杆或悬挂 导轨。[0015]本实用新型第二目的在于提出一种包括上述注浆式充填挡墙的空区充填系统，其 特征在于，[0016]所述空区充填系统还包括外排管(5)、储浆袋充填管(6)、空区充填管、储浆袋溢 流管(11)、充填站主管线(17)、第一三通阀(7)以及第二三通阀(8);所述空区充填管包括 第一次充填管(9)和第二次充填管(10)，或者仅包括第一次充填管(9)；[0017]其中，第一次充填管(9)、第二次充填管(10)贯穿所述注浆式充填挡墙的前、后承 载墙；储浆袋充填管(6)和储浆袋溢流管(11)分别插入储浆袋(I)预置的充填孔和溢流孔； 充填站主管线(17)与第一三通阀(7)进料口相连，第一三通阀(7)的A出口与第二三通阀(8)的进料口相连，第一三通阀(7)的B出口与充填所述待充填空区的第一次充填管(9)相 连；第二三通阀(8)的A出口与储浆袋充填管(6)相连，第二三通阀(8)的B出口与外排管(5)相连。[0018]注浆式充填挡墙与传统充填挡墙的不同表现在下述几个方面:[0019](I)施工速度快捷。传统砌筑挡墙成本低廉、施工工艺简单，但施工效率低、砌筑周 期长、挡墙不牢固；喷射混凝土挡墙具有施工速度快、牢固等优势，但成本过高。注浆式充填 挡墙施工速度快，储浆袋I可在地表批量生产，在井下架设简单的前、后承载墙，悬挂好储 浆袋I后可直接充填采场。其施工速度及投入使用周期比传统砌筑挡墙提高2-5倍以上， 也低于喷射混凝土筑墙法的施工时间。[0020](2)稳定性好。注浆式充填挡墙实质是充填体，且与凸凹不平的巷道轮廓完全吻合，充填挡墙的厚度可设计为3-5m或更大(挡墙的厚度仅增加土工布的消耗，几乎不影响挡墙成本)，因此不存在充填挡墙失稳倾倒的问题。由于选用土工布、钢网2及横向工字钢3等综合支撑，充填挡墙不会破损泄露，即使万一局部泄露，也可采取应急措施，不会造成突发性大规模跑浆事故。
[0021](3)成本低廉。传统的砌筑式挡墙成本约为0.5万元-1万元，喷射混凝土挡墙成本约为2万元，注浆式充填挡墙成本约为0.3万元，其中单体液压支柱4、前承载墙横向工字钢3都可以重复使用。
[0022](4)可适应各种巷道断面。由于储浆袋I的柔性特点，具有对不同巷道轮廓的自适应性，因此可广泛适用于各种采场。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型实施例中注浆式充填挡墙俯视图。
[0024]图2为本实用新型实施例中注浆式充填挡墙前承载墙正视图。
[0025]图3为本实用新型实施例中注浆式充填挡墙后承载墙正视图。
[0026]图4为充填管件连接示意图。
[0027]图中的标记为:储浆袋1、金属网2、横向工字钢3、单体液压支柱4、外排管5、储浆袋充填管6、1#三通阀7、2#三通阀8、第一次充填管9、第二次充填管10、储浆袋溢流管11、巷道侧帮12、铁丝13、纵向工字钢14、待充填空区15、锚杆16、充填站主管线17。
[0028]【具体实施方式】
[0029]本实施中待封闭的采矿巷道断面高为4m，宽为5m。封闭采矿巷道的注浆式充填挡墙包括前承载墙、后承载墙、以及位于前承载墙和后承载墙之间的储浆袋I。
[0030]如图1，储浆袋I材质采用土工布(如500型长丝防粘针刺土工布)或机织布、编织布等类似柔性隔离材料，既能透水，又不会流失料浆中的水泥颗粒，可采用便携式缝纫机在地表批量加工或井下依据待封闭的采矿巷道规格加工，以巷道的走向为轴向方向(X方向)，储浆袋I与巷道同轴，其径向断面与巷道径向(Y方向)断面轮廓近似，但应大于或等于巷道径向断面，如针对本实施例中高4m、宽5m的采矿进路，可采用高5m、宽6m的储浆袋I径向断面，由于储浆袋的柔性特点，充入料浆后，储浆袋I能适应凸凹不平的巷道表面，其沿巷道的轴向方向长度约等于巷道高度，或是巷道高度的1.5-2倍(视待充填采场空区的高度确定)，且该轴向长度应大于或等于前、后承载墙的间距；储浆袋I前侧(即待充填空区相反侧)靠近顶部各布置一个充填孔和一个溢流孔，其直径分别与充填管6、储浆袋溢流管11外径一致(本实施例中，充填管6和储浆袋溢流管11外径一致，都选用OSOmm管道)，充填管6及储浆袋溢流管11可顺利插入该孔；储浆袋I顶部均匀布置若干挂钩作为储浆袋悬挂部件的吊挂单元，充填前将储浆袋I悬挂于储浆袋悬挂部件的承载单元上，上述挂钩沿巷道径向方向布置为5排(各排方向为巷道轴向方向),每排中挂钩间距约1.2m,沿巷道径向方向的排间距约2.0m。
[0031]如图2，前承载墙布置于待充填空区15的相反一侧，由钢网2、横向工字钢3和单体液压支柱4构成。钢网2采用井下常用网片(钢筋直径C>5mm,网孔尺寸IOOmmXlOOmm,网片规格4mX 2m)组成，网片之间搭接宽度大于100mm，用8#铁丝绑扎牢固，要求网片与巷道顶、帮的间隙不大于IOOmm ;钢网2的目的是为储浆袋I提供支撑力，避免其内注浆后受 压过大破损，还可对充填挡墙的塑形起到很好的作用，但钢网2柔性大，需要通过横向工字 钢3为钢网2提供足够的支撑力；单体液压支柱4纵向布置于承载墙最外侧，它能有效承受 储浆袋I及横向工字钢3传递出的侧向压力，确保储浆袋I完整性，当采场充填完毕后，前 承压墙材料均可回收。本实施例中横向工字钢3规格选用H型10# ;单体液压支柱4可选 用工作阻力大于30t、工作行程大于1500mm的支柱(如DW40-300-110X型)。[0032]如图3，后承载墙布置于待充填空区15—侧，采用钢网2、纵向工字钢14和横向工 字钢3及固定横向工字钢3的锚杆16构成。其中，钢网2的作用如前所述，纵向工字钢14 和横向工字钢3的作用是为钢网2提供足够的支撑力，固定锚杆16 (布置于后承载墙巷道 两侧)与横向工字钢3牢固焊接，以承受储浆袋1、横向工字钢3传递的载荷。钢网2、横向 工字钢3的要求与前承载墙相同；锚杆16可采用Φ25πιπιΧ 1500mm的树脂锚杆，其中锚杆孔 内长须大于1000mm，孔外部分预留300mm的长度，锚杆16与横向工字钢3焊接。[0033]本实施中，采用布置在巷道顶板的5根8#吊顶铁丝13作为储浆袋悬挂部件的承 载单元，吊顶铁丝13两端固定于巷道顶板上，走向为巷道轴向方向，5根吊顶铁丝13沿巷道 径向分布且相互平行，并与储浆袋I顶部的各排挂钩相对应。将储浆袋I顶部设置的各排 挂钩分别吊挂在对应的吊顶铁丝13上，并利用绑带、锁扣等定位部件分别将储浆袋前后两 侧顶端固定在前承载墙和后承载墙顶端，以保证充填储浆袋I的过程中储浆袋呈中空状， 各挂钩之间的储浆袋I顶部要有足够的富裕宽度，当充满料浆时储浆袋I能完全贴紧巷道 顶部。吊顶铁丝13可替换为吊顶钢丝等其他吊顶金属丝，也可替换为吊顶杆等其他构件。[0034]为了方便，也可不另设绑带、锁扣等固定储浆袋前后侧顶端的上述定位部件，而直 接将储浆袋I顶部设置的各排挂钩中的两端挂钩分别悬挂在前承载墙和后承载墙顶端，各 排挂钩中其余挂钩分别吊挂在对应的吊顶铁丝13上。[0035]可替换地，储浆袋悬挂部件可以根据实际情况灵活选择，如，在储浆袋顶端安装多 排滑块作为储浆袋悬挂部件的吊挂单元，在巷道顶部预置对应各排滑块的多根悬挂导轨作 为储浆袋悬挂部件的承载单元，充填料浆前将各排滑块直接导入对应悬挂槽中并加以固 定，实现储浆袋的悬挂。[0036]利用本实用新型的注浆式充填挡墙进行采场空区充填的系统，还包括以下充填管 件:外排管5、储浆袋充填管6、空区的第一次充填管9、储浆袋溢流管11、充填站主管线17、 三通阀7和8，此外为了实施采场空区的二次充填，充填管件还可包括空区的第二次充填管 10，如图4所示。[0037]其中，第一次充填管9、第二次充填管10同时贯穿前、后承载墙，出料端插入待充 填空区15，进料端预留在前承载墙外；外排管5、储浆袋充填管6、储浆袋溢流管11、充填站 主管线17、三通阀7和8都位于待充填空区15相反侧，即前承载墙侧。储浆袋充填管6和 储浆袋溢流管11分别插入储浆袋I预留的充填孔和溢流孔；主管线17通过三通阀7和8 与储浆袋充填管6相连，具体为，主管线17与1#三通阀7进料口相连，三通阀7的A出口 与2#三通阀8的进料口相连，其B出口与充填空区15的第一次充填管9相连；2#三通阀8 的A出口与储浆袋充填管6相连，其B出口与外排管5相连。[0038]本实施例中注浆式充填挡墙的构建方法如下:[0039]在巷道顶板上沿巷道径向方向平行布置5根8#吊顶铁丝13 (分别沿巷道顶板中心、拱脚各一条，中心点与拱脚间再各布置一条，吊顶铁丝13走向为巷道轴向方向，要求吊顶铁丝13尽可能与巷道顶板或拱脚紧密结合，吊顶铁丝13两端分别布置在前、后承载墙上方。
[0040]在后承载墙位置沿巷道侧帮12各安装3根树脂锚杆16，将横向工字钢3与锚杆16焊接，要求横向工字钢3端部与巷道表面之间的间隙不大于100mm，且各横向工字钢3布置在一个垂直平面(横向工字钢3间距1000mm-1500mm);之后将纵向工字钢14与横向工字钢3焊接或者绑扎牢固(纵向工字钢14的间距为600mm-1000mm);再将钢网2与纵向横向工字钢3绑扎牢靠，要求钢网2与巷道表面的间隙不大于100_，钢网2之间的搭接长度不小于 10Omnin
[0041]利用储浆袋顶部每排挂钩中一端的挂钩将加工好的储浆袋I 一侧(即储浆袋后侧)悬挂于后承载墙顶端，其它各挂钩依次悬挂于巷道顶部各根吊顶铁丝13上。
[0042]将单体液压支柱4架设在设计的前承载墙位置，并在单体液压支柱4上绑扎横向工字钢3,单体液压支柱4间距为600mm-1000mm,横向工字钢3间距为1000mm-1500mm,横向工字钢3端头与巷道表面间距不大于IOOmm ;之后将钢网2绑扎在横向工字钢3上(施工前预先将钢网2置于两承载墙之间)，并利用储浆袋顶部每排挂钩中另一端的挂钩将储浆袋I另一侧(即储浆袋前侧)与前承载墙顶端固定。
[0043]将充填管6 —端插入储浆袋I预留的充填孔，另一端通过快速接头与源自充填站的主管线17相连接，充填管6上须安装两个三通接头；将储浆袋溢流管11 一端插入储浆袋I预留的溢流孔，另一端置于前承载墙外的巷道侧帮12 (或后承载墙一侧)。
[0044]源自充填站的充填主管线17通过两个三通阀与储浆袋充填管6相连，其中1#三通阀7的A出口与2#三通阀8进料口相连，其B出口与充填空区15的第一次充填管9相连，2#三通阀8的A出口与储浆袋I充填管6相连，其B出口与外排管5相连。
[0045]注浆式充填挡墙和空区的充填方式包括低载荷挡墙和空区充填方式、高载荷挡墙和空区充填方式。
[0046]其中，低载荷挡墙和采场待充填空区的充填方式为:1)先将1#三通阀7旋至A出口的位置，2#三通阀8旋至B出口的位置导通外排管5，由充填搅拌站排出的引流水通过主管线17、三通阀及外排管5流至前承载墙外；2)引流水排放结束后，将2#三通阀8旋至A出口位置导通充填管6，充填料浆充入储浆袋I ;3)待储浆袋I充满后，储浆袋溢流管11开始出浆，此时将1#三通阀7旋至B出口的位置，通过第一次充填管9开始充填待充填空区15并至设计的打底充填厚度；4)之后将2#三通阀8旋至B出口的位置，1#三通阀7旋至A出口的位置，将来自主管线17内的刷管水通过外排管5排至前承载墙外；5)待注浆充填挡墙养护至设计龄期后，再通过第二次充填管10重新对待充填空区15进行二次充填至接顶。
[0047]高载荷挡墙和采场待充填空区的充填方式与前者近似，区别在于高载荷挡墙无需架设二次充填管10，该类采场空区的二次充填料浆一般均由待充填空区上部通道流至待充填空区。同时在充满储浆袋I后，如果待充填空区第一次充填的打底充填厚度过大，也可以停止充填，待注浆式充填挡墙养护至预定龄期后再进行二次充填。
[0048]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。
【权利要求】
1.一种注浆式充填挡墙，用于封闭待充填空区的采矿巷道，其特征在于，所述注浆式充填挡墙包括前承载墙、后承载墙、位于前承载墙和后承载墙之间的储浆袋(I);其中，所述后承载墙位于待充填空区(15)侧，所述前承载墙位于待充填空区(15)相反侧，前承载墙和后承载墙包括防护网和支撑架；所述储浆袋顶部悬挂于巷道顶板，储浆袋前侧预置有充填孔和溢流孔。
2.如权利要求1所述的注浆式充填挡墙，其特征在于，所述前承载墙和后承载墙的防护网为金属网，支撑架由多个横向支撑杆⑶和多个纵向支撑杆(4、14)组成，其中前、后承载墙的纵、横向支撑杆采用金属杆。
3.如权利要求2所述的注浆式充填挡墙，其特征在于，所述前、后承载墙的横向支撑杆通过锚杆(16)与巷道侧帮(12)相连。
4.如权利要求2所述的注浆式充填挡墙，其特征在于，所述金属网为钢网，所述金属杆为以下任一杆体:单体液压杆、型钢。
5.如权利要求1所述的注浆式充填挡墙，其特征在于，所述储浆袋(I)的材料采用土工布、机织布或编织布，所述储浆袋(I)沿巷道径向的截面大于或等于巷道的截面，且储浆袋(I)前、后两侧的间距大于或等于前、后承载墙的间距。
6.如权利要求1所述的注浆式充填挡墙，其特征在于，所述储浆袋(I)前侧顶端固定于所述前承载墙顶端，后侧顶端固定于所述后承载墙顶端。
7.如权利要求1所述的注浆式充填挡墙，其特征在于，所述储浆袋是通过设置在其顶部的悬挂部件悬挂于巷道顶板，所述悬挂部件包括吊挂单元和承载单元，其中，所述吊挂单元设置在储浆袋(I)的顶部；所述承载单元设置在巷道顶板上。
8.如权利要求7所述的注浆式充填挡墙，其特征在于，所述吊挂单元为储浆袋(I)顶部设置的多排挂钩或滑块。
9.如权利要求7所述的注浆式充填挡墙，其特征在于，所述承载单元为巷道顶板上设置的多根吊顶金属丝(13)、吊顶杆或悬挂导轨。
10.一种包括权利要求1-9任一项注浆式充填挡墙的空区充填系统，其特征在于，所述空区充填系统还包括外排管(5)、储浆袋充填管(6)、空区充填管、储浆袋溢流管(11)、充填站主管线(17)、第一三通阀(7)以及第二三通阀(8);所述空区充填管包括第一次充填管(9 )和第二次充填管(10 )，或者仅包括第一次充填管(9 ); 其中，第一次充填管(9)、第二次充填管(10)贯穿所述注浆式充填挡墙的前、后承载墙；储浆袋充填管(6)和储浆袋溢流管(11)分别插入储浆袋(I)预置的充填孔和溢流孔；充填站主管线(17 )与第一三通阀(7 )进料口相连，第一三通阀(7 )的A出口与第二三通阀(8)的进料口相连，第一三通阀(7)的B出口与充填所述待充填空区的第一次充填管(9)相连；第二三通阀(8)的A出口与储浆袋充填管(6)相连，第二三通阀(8)的B出口与外排管(5)相连。
【文档编号】E21F15/00GK203394582SQ201320474355
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2013年8月5日
【发明者】韩斌, 郭慧高, 武栓军, 韩思愉, 邹龙 申请人:北京科技大学