用于封堵待充填空区采矿巷道的尾砂充填挡墙及构筑方法与流程

本发明涉及地下采矿技术领域，具体涉及一种用于封堵待充填空区采矿巷道的尾砂充填挡墙及构筑方法。

背景技术

充填采矿法是在矿房或矿块中，随着回采工作面的推进，向采空区送入充填材料，以进行地压管理、控制围岩崩落和地表移动，并在形成的充填体上或在其保护下进行矿块回采的采矿方法。充填法的优点是适应性强，矿石回采率高，贫化率低，作业安全，能有效保护地表沉陷，是深部开采时控制地压的有效措施。目前充填采矿法在金属非金属矿山中使用的越来越广泛。随着采矿技术与装备的革新，矿山开采已朝着智能化、规模化、集约化方向发展。国内外矿山普遍采用较大的采场结构参数，如阶段空场嗣后充填采矿法，矿山阶段高度可达到120m以上，开采后形成的采空区规模较大；再者，为了提高生产效率，地下矿山多采用大型化的采矿装备进行开采，井下铲运机斗容已达到10m3以上，为了满足机械设备的运行和安全要求，巷道断面要求极大，这都给空区封堵与充填带来了极大困难。

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，以防止空区充填料浆漏浆、跑浆等问题。尾砂充填挡墙的安全可靠性对井下工作人员、设备及正常生产是极其重要的安全保障。目前国内外充填挡墙的构筑主要包括：砌碹挡墙、料石挡墙、素混凝土挡墙及钢筋混凝土挡墙。素混凝土挡墙及钢筋混凝土挡墙可以应用于大断面巷道挡墙的构筑。

经过长期的工程实践证明，现有的充填挡墙往往存在以下缺点：

(1)砌碹挡墙和料石挡墙都是先采用空心砖等材料砌筑，再在挡墙外表面喷浆加固，砌筑一个小断面充填挡墙一般需要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；该方式存在施工效率低、劳动强度大、作业周期长、挡墙不牢固的弊端，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伤亡，且不能满足大断面巷道安全需求，因此基本只适用于小断面巷道封堵使用。

(2)素混凝土挡墙是由不配钢筋的混凝土直接填充而成，因为没有钢筋支撑固结作用，素混凝土挡土墙都只能用于高度较小的重力式挡土墙，不能满足大断面巷道安全需求，只适用于小断面巷道使用。

(3)钢筋混凝土挡墙是先用钢网、麻袋布、钢筋及模板等在挡墙设计的位置绑扎一个充填挡墙框架，将其固定在巷道顶底板及两帮预留的锚杆上。这种挡墙施工要求模板有足够的强度、刚度和稳定性，能承受新混凝土的重力侧压力及施工中可能产生的各项载荷，且模板接缝不得漏浆。浇筑混凝土后需要利用振动棒充分振捣，以保证混凝土密实，无蜂窝麻面，同时，为保证混凝土的完整性，需要对整个挡墙混凝土同时浇筑，避免因不同充填时间下料浆凝结出现的时差缝隙，保证封堵效果，使上下形成一整体端面，这对于大断面巷道施工难度大、施工时间长、施工成本高，且只有等挡墙中的料浆完全凝结固化后才能对充填区内侧进行尾砂充填，致使空区尾砂充填的时间无法进一步缩短，影响采矿工程的整体进度。该方式存在施工工艺复杂，造价成本高的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种施工方便、灵活，施工时间短，结构稳定的用于封堵待充填空区采矿巷道的尾砂充填挡墙及构筑方法。

本发明提供的这种用于封堵待充填空区采矿巷道的尾砂充填挡墙，包括充填管，还包括设置在填充区内、外侧之间的围堰支架、操作平台、人行爬梯和若干充填袋，所述围堰支架包括至少两排沿巷道截面布置的钢骨架和垂直连接于钢骨架间的水平纵杆，所述充填管穿过填充区顶部与充填袋连通，所述操作平台和人行爬梯依次连通的架设在紧邻填充区内侧布置的第二排钢骨架外，所述充填袋由下至上的逐层叠砌在紧邻填充区内侧布置的两钢骨架之间的水平纵杆上，在所述填充区内侧填充有空区胶结充填体，所述充填袋与空区胶结充填体同层交替布置。

为保护充填袋不向外倾倒，在所述充填袋上缠绕有与钢骨架或巷道内壁固接的钢筋。

为防止充填袋外鼓，在所述充填袋与钢骨架之间布置有辅助封板。

为加快充填效率，所述充填管至少通过两个充填支管与不同的充填袋相连，各充填支管上至少设有两个管线阀门。

所述充填支管采用波纹土工软管。

本发明还公开了一种用于封堵待充填空区采矿巷道的尾砂充填挡墙的构筑方法，包括如下步骤：

a、在填充区顶部铺设充填管；

b、在填充区内、外侧之间架设围堰支架，该围堰支架由沿巷道截面布置的钢骨架和垂直连接于钢骨架间的水平纵杆组成，所述钢骨架的排数随围堰支架高度的递增而增加，所述钢骨架至少有两排；

c、在紧邻填充区内侧布置的第二排钢骨架外依次架设相互连通的操作平台和人行爬梯；

d、在紧邻填充区内侧布置的两钢骨架之间最底部的水平纵杆上铺设一层充填袋，通过充填管将料浆送至该层充填袋内并逐个充满，待该层充填袋内料浆凝固后，再向填充区内侧填充与该层充填袋等高的空区胶结充填体；

e、重复上述步骤d，由下至上、逐层交替的进行上一层充填袋的叠砌和上一层空区胶结充填体的填充，直至最上部的充填袋和空区胶结充填体充填并接顶，形成充填挡墙；

f、充填挡墙养护达到设计强度。

在步骤b中的围堰支架安装前，需清理空区底板上的碎石，遇碎石较多无法清理时，可先在松石上铺设土工布或调整围堰位置。

为防止充填袋外鼓，在步骤b中的围堰支架安装完成后，在紧邻填充区内侧布置的两排钢骨架对应面上布置有由木板或竹篱制成的辅助封板。

为保护充填袋不向外倾倒，在步骤d中，每隔5米，用钢筋缠绕相邻铺设的充填袋后，将钢筋的两端固接在与填充区内侧对接的钢骨架或巷道内壁上。

为提高空区充填接顶率，在所述步骤d中，料浆由高铝水泥制备而成或添加有充填膨胀剂。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、由于充填袋为柔性膜材，在充填料浆的重力作用下，能够严密的与巷道内壁贴合，具有对不同巷道轮廓的自适应性，封闭效果好，适应性强，可广泛适用于各种封堵断面。

2、由于充填袋为柔性膜材，在充填料浆的重力作用下，能够严密的与相邻充填袋贴合，填充充填袋后可直接逐层交替充填空区，由于一层空区胶结充填体产生的侧压力远远小于整体充填产生的侧压力，在每层充填袋灌浆后，不需要等其内料浆完全凝结固化即可对充填区内侧进行充填，可进一步缩短空区充填的速度，加快采矿工程的整体进度。

3、待空区充填结束并养护至要求强度后，可视空区安全状况对充填袋挡墙外侧的支架及脚手板进行回收再利用，进一步降低构筑成本。

4、在巷道内架设围堰支架对充填袋进行强力支撑，可有效降低充填挡墙破损泄露的情形，不会造成突发性大规模跑浆事故。

5、充填管穿过填充区顶部进入到充填作业区，从高处向低处下料充填采空区，利用充填管的管道压力及充填料浆中的充填膨胀剂等实现空区全面接顶，封闭效果好。

本发明具有安全性好、构筑效率高、劳动强度小，封闭效果好，成本低，成型快速的特点。

附图说明

图1为本发明中尾砂充填挡墙的结构示意图。

图2为图1中a-a处剖视结构示意图。

图3为图1中b-b处剖视结构示意图。

图中示出的标记及所对应的构件名称为：

1、充填管；2、围堰支架；3、操作平台；4、人行爬梯；5、充填袋；6、空区胶结充填体；7、空区顶板；8、空区底板；9、空区侧帮；10、人行平台；11、填充区内侧；12、填充区外侧；13、滤水管；14、接顶排气管；21、钢骨架；22、水平纵杆；51、钢筋；52、辅助封板；211、立杆；212、水平横杆。

具体实施方式

从图1至图3可以看出，本发明这种用于封堵待充填空区采矿巷道的尾砂充填挡墙，包括充填管1、围堰支架2、操作平台3、人行爬梯4、若干充填袋5、空区胶结充填体6、滤水管13和接顶排气管14，其中，

充填管1设置在填充区顶部与空区顶板7贴合布置，

围堰支架包括钢骨架21和若干水平纵杆22，钢骨架21至少有两排并均沿巷道截面布置在填充区内侧11与填充区外侧12之间，水平纵杆22垂直连接于各钢骨架21之间，

操作平台3和人行爬梯4依次连通的架设在紧邻填充区内侧11布置的第二排钢骨架21外，

充填袋5铺设在紧邻填充区内侧11布置的两钢骨架21之间的水平纵杆22上，充填管1穿过填充区顶部由下至上的逐层与充填袋5连通注浆，注浆后的充填袋5上下叠砌，

空区胶结充填体6随充填袋5注浆后同层交替的填充在填充区内侧11。

从图1至图3可以看出，本发明的钢骨架21由若干立杆211和水平横杆212相互垂直连接而成，立杆211通过圆钢与空区顶板7和空区底板8相连，水平横杆212通过圆钢与空区侧帮9相连，水平纵杆22沿巷道走向布置。

在本发明中，围堰支架采用建筑行业常用的扣件式钢管脚手架进行搭建，立杆211、水平横杆212和水平纵杆22均采用外径48mm、壁厚3.5mm的焊接钢管或无缝钢管。

在本发明中，围堰支架钢骨架的排数由围堰高度即巷道高度决定：围堰高度小于5m时，采用双排钢骨架21；围堰高度大于5m小于10m时，采用三排钢骨架21；围堰高度大于10m时，采用4排或4排以上立杆支架。围堰支架的设计间距尺寸：以充填袋5的宽度为基准，设计紧邻填充区内侧11布置的第一排钢骨架21至第二排钢骨架21的间距l1等于一个充填袋5的宽度，第二排至第三排、第三排至第四排等后面给排钢骨架21的间距l2均为半个充填袋5的宽度，各排钢骨架21内立杆211间距l3均为半个充填袋5的宽度，水平纵杆22向上步距l4为半个充填袋5的宽度。

从图1至图3可以看出，本发明围堰支架的高度大于10米，钢骨架21有6排，人行爬梯4设有两排并搭设在紧邻填充区外侧8布置的三钢骨架21之间的水平纵杆22上，操作平台3搭设在紧邻填充区内侧7布置的第二排与第三排钢骨架21之间的水平纵杆22上，操作平台3一端与充填袋5对接、一端通过人行平台10与人行爬梯4连通。

从图1至图3可以看出，在同层布置的充填袋5上，每5m段用φ6～8mm的长约20m钢筋51缠绕相邻布置的充填袋5，钢筋51的各端固定在巷道内壁或钢骨架21的立杆211上，以保护充填袋不向外倾倒。

从图1至图3可以看出，在充填袋5与钢骨架21之间布置有辅助封板52，该辅助封板52由木板或竹篱制成。

从图1至图3可以看出，充填管1至少通过两个充填支管与不同的充填袋5相连，充填支管采用波纹土工软管，各充填支管上至少设有两个管线阀门。

本发明这种用于封堵待充填空区采矿巷道的尾砂充填挡墙的构筑方法，包括如下步骤：

a、在填充区顶部铺设充填管1，原则上每个尾砂充填挡墙上的充填管1尾部都接两根充填支管，充填支管采用波纹土工软管；

b、在填充区内侧11与填充区外侧12之间架设围堰支架2，该围堰支架2由若干沿巷道截面布置的钢骨架21和垂直连接于各钢骨架21之间的水平纵杆22组成，

钢骨架21至少有两排，且钢骨架21的排数随围堰支架2高度的递增而增加：当围堰高度小于5m时，采用双排钢骨架21；围堰高度大于5m小于10m时，采用三排钢骨架21；围堰高度大于10m时，采用4排或4排以上钢骨架21，

各钢骨架21的设计间距尺寸以充填袋5的宽度为基准作为变化：当充填袋5的宽度为2m时，紧邻填充区内侧11布置的第一排钢骨架21至第二排钢骨架21的间距l1等于一个充填袋5的宽度即2m，第二排至第三排、第三排至第四排等钢骨架21的间距l2均为半个充填袋5的宽度即1m，各排内立杆211间距l3均为半个充填袋5的宽度即1m，水平纵杆22的向上步距l4为半个充填袋5的宽度即1m；

c、在紧邻填充区内侧布置的第二排钢骨架21外依次架设相互连通的操作平台3和人行爬梯4，人行爬梯4根据现场情况确定可布置一排或二排，各人行爬梯4采用钢结构挂勾式爬梯并呈折返式布置，每上升二米在人行爬梯4的端部设一个人行平台10与操作平台3相通，人行平台10和操作平台3采用脚手板铺设，且必须保证行人及作业安全可靠；

d、在紧邻填充区内侧11布置的两钢骨架21之间最底部的水平纵杆22上铺设第一层充填袋5，

每隔5米用φ6～8mm的长约20m的钢筋51缠绕相邻铺设的充填袋5后，将钢筋51的两端固接在与填充区内侧对接的钢骨架21的立杆211或巷道内壁上，以保护充填袋不向外倾倒，

该层充填袋铺好后，将充填支管与各充填袋5连接，现场操作工通知地表充填站人员进行料浆的充填，为提高空区充填接顶率，料浆可由高铝水泥制备而成，也可在料浆中添加充填膨胀剂，

当一个充填袋即将充满时，操作工将已经连接至下个充填袋的充填支管的阀门打开，并关闭前一个充填袋已经充满的充填支管的阀门，依此顺序将该层充填袋逐个充满，

待该层充填袋5内充填料浆凝固后，再向填充区内侧11填充与该层充填袋等高的空区胶结充填体6，填充区内侧11每次充填高度为半个水平纵杆22的纵向上步距即0.5m，充填高度达到一个水平纵杆22的纵向上步距即1m后再进行下一层充填作业，充填时要求空区胶结充填体6的充填料浆结实率＞90％，充填袋5中的料浆8小时达到自立，抗压强度＞2.5mpa；

e、重复上述步骤d，由下至上、逐层交替的进行上一层充填袋5的叠砌和上一层空区胶结充填体6的填充，直至最上部的充填袋5和空区胶结充填体6充填并接顶，形成充填挡墙；

f、充填挡墙养护达到设计强度。

在本发明的步骤b中，钢骨架21由若干立杆211和水平横杆212相互垂直连接而成，立杆211通过圆钢与空区顶板7和空区底板8相连，水平横杆212通过圆钢与空区侧帮9相连，水平纵杆22沿巷道走向布置。

在本发明的步骤b中，围堰支架2的具体架设过程如下：

1、先清理空区底板8上的碎石，遇碎石较多无法清理时，可先在松石上铺设土工布或调整围堰位置。

2、标定围堰支架2的安装位置。

3、在标定的立杆211和水平横杆212在岩壁圆周位置钻凿孔径40或42mm的垂直孔(与施工面垂直)，孔深0.6～0.7m。

4、在垂直孔插入φ30圆钢，圆钢长度1.0m，露出地面0.3～0.4m，浇灌c15混凝土。

5、待圆钢固定后再将立杆211套在圆钢外面，空区顶板7位置可将圆钢与立杆21焊接在一起；待立杆21架设后，将水平横杆212套在相应的圆钢外面，形成完整的钢骨架21。

6、待水平横杆212架设后，将水平纵杆22固接在各立杆211和水平横杆212的交接处，形成完成的围堰支架2。

7、在紧邻填充区内侧11布置的两排钢骨架21的对应面上布置有由木板或竹篱制成的辅助封板52，对充填袋5两侧进行封堵固定，以防充填袋5外鼓。

当存在多个空区需要充填时，可在本发明的步骤e中，在铺设分层充填袋的同时将充填管1转接至另一个空区进行充填，在多个充填区域间交替进行充填作业。

在本发明中，进行充填袋5的围堰充填时，操作工需站在凝固的空区胶结充填体6上作业。

在本发明中，待空区充填结束并养护至要求强度后，可视空区安全情况对充填袋挡墙外侧的支架及脚手板进行回收再利用。

围堰支架2的架设及空区充填作业需在安全的条件下进行，架管操作、人行爬梯4架设及脚手板铺设应符合建筑施工安全要求，同时施工过程中应严格遵守井下安全操作规程，严格按充填袋围堰施工要求进行，严禁违规、违章作业。由于围堰高度大，充填袋围堰属高空作业，要求架管牢固可靠，在施工现场保持良好照明，经常检查顶板及周边矿柱稳定情况。在充填过程中遇不安全状况时，立即停止作业，及时排除险情和事故隐患，杜绝意外事故的发生。