基于混凝土布凝固特性的人工矿柱的构筑方法与流程

本发明涉及一种非煤矿山空场采矿法中人工矿柱及其构筑方法，特别是一种基于混凝土布凝固特性的人工矿柱的构筑方法。

背景技术：

在矿山地下开采中，为了控制地压活动以及保障采矿作业安全，不得不在采场内留下大量矿柱，这会导致矿石的大量损失，因此构筑人工矿柱回采原位环境的矿柱资源显得非常重要。已有的人工矿柱主要由砖或废石堆砌而成，构筑方法施工复杂，应用困难，综合成本偏高，且存在无法调节预应力，接顶困难等缺陷。

混凝土布为一种成本低，综合性能优越，使用方便的多用途土工材料。使用时，向铺设好的混凝土布均匀洒水或添加剂，即可实现固化；混凝土布易弯曲，其厚度介于2～40mm，可随意裁剪，进而适用于形状复杂的材料表面，适用性强，耐久性好，能够吸收冲击能量，且可根据所要求的强度和凝固速度定制，在湿水后2～4h的时间内，其凝固硬化强度位于4～10MPa之间，随着时间的推移，其抗压强度可达30MPa及以上，可有效构筑满足强度要求的人工矿柱。且人工矿柱宽度可按《对称协同开采人工矿柱失稳的突变理论分析》一文推荐的公式(16)进行设计，一般不小于2m。

技术实现要素：

本发明针对传统人工矿柱构筑方法的缺点，提供一种基于混凝土布凝固特性的人工矿柱的构筑方法。该人工矿柱能够保持围岩稳定性，材料易获取，流程简便，可有效降低成本。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：基于混凝土布凝固特性的人工矿柱的构筑方法，由如下步骤组成：

(1)清理拟构筑人工矿柱底板位置的杂物

在矿柱原址或原生矿柱附近，清理预构筑人工矿柱对应的底端固定端处的碎石、杂物，确保后续施工稳定；

(2)在矿柱底板拟定钢管布置点，钻孔后将钢管植入矿柱底板，再注浆固定；

(3)裁剪混凝土布并留孔套在钢管上，逐层洒水硬化并叠加；

裁剪与矿柱尺寸相匹配的混凝土布并在钢管位置处留孔，套在钢管上，逐层叠加，钢管起约束作用。每铺设一层即洒水，直至接近钢管尾端；

(4)继续接合钢管以加高矿柱骨架高度，并循环步骤(3)操作，搭建人工矿柱主体；

(5)待混凝土布凝固材料加高至接近顶板时，将骨架下部的钢管与顶板预先埋设的钢管接合起来；

(6)在拟构人工矿柱的剩余空间四周搭建模具，并向其中注入发泡混凝土，待其凝固后即完成结顶工作。

所述人工矿柱的钢管骨架呈梅花型布置，纵向管之间的距离为1.0～3.0m，横向管之间的距离为0.5～3.0m；钢管可采用直径20～40mm的普通钢管，长度为1.0～1.5m。

所述短钢管两端内壁设有螺纹，用不锈钢外丝接头将两截钢管螺旋紧固在一起。

所述矿柱主体的混凝土布凝固材料在湿水后2～4h，其凝固硬化强度为4～10MPa，抗压强度达30MPa。

所述混凝土布裁剪后套在钢管上逐层叠加并洒水硬化，每铺设一层即洒水，层与层之间撒适当的助凝剂，以缩短充填时间。

与传统的人工矿柱构筑方法相比，本发明的优点在于：

(1)混凝土布支护层抗压强度大，灵活性强，纤维可以防止开裂，性能稳定。

(2)操作快捷，工艺易掌握。

(3)材料获取便利，综合成本低，具有良好的经济社会效益。

附图说明

图1为垂直于人工矿柱长轴方向的纵剖面图。

图2是图1的Ⅰ-Ⅰ剖视图。

图中标记为：1-两端带螺纹钢管；2-不锈钢外丝；3-混凝土布；4-发泡混凝土；5-底板；6-顶板。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明所述的基于混凝土布凝固特性的人工矿柱的构筑方法，由如下步骤组成：

(1)清理拟构筑人工矿柱底板5位置的杂物

在矿柱原址或原生矿柱附近，清理预构筑人工矿柱对应的底端固定端处的碎石、杂物，确保后续施工稳定；

(2)在矿柱底板5拟定钢管布置点，钻孔后将钢管1植入矿柱底板，再注浆固定；钢管呈梅花型布置，钢管纵向间距为1.0～3.0m，横向间距为0.5～3.0m；钢管可采用直径20～40mm的普通钢管，长度为1.0～1.5m；

(3)裁剪混凝土布3并留孔套在钢管上，逐层洒水硬化并叠加；

裁剪与矿柱尺寸相匹配的混凝土布并在钢管位置处留孔，套在钢管上，逐层叠加，钢管起约束作用。每铺设一层即洒水，直至接近钢管尾端。

(4)用不锈钢外丝接头2接合钢管1以加高矿柱骨架高度，并循环步骤(3)操作，搭建人工矿柱主体；

(5)待混凝土布凝固材料加高至接近顶板时，将骨架下部的钢管与顶板预先埋设的钢管通过不锈钢外丝接头2紧固连接；

(6)在拟构人工矿柱的剩余空间四周搭建模具，并向其中注入发泡混凝土，待其凝固后即完成结顶工作。

技术原理及过程：在构筑该人工矿柱时，首先在拟构人工矿柱底板插入呈梅花型均匀布置的钢管桩，将主体材料混凝土布裁剪后套在钢管上，逐层洒水加高，钢管骨架对混凝土布有约束作用，从而阻止其滑移。至混凝土布铺设接近钢管尾端时，架设后一截钢管，钢管间通过连接构件不锈钢外丝进行旋固。人工矿柱加高至接近顶板处，连接骨架下部钢管与顶板预先埋设的钢管，并在未铺设混凝土布的空间周边搭建模具，向其注入发泡混凝土，待四周缝隙有浆液流出，注浆结束。

本发明使用的标准零件均可以从市场购买，各个零件具体的连接方式均采用现有技术中成熟的常规手段，零件均采用现有技术中常规的型号，在此不再详述。