一种单向活塞式采场支护装置及支护方法与流程

本发明属于地下矿山采矿支护技术领域，具体涉及一种单向活塞式采场支护装置及支护方法。

背景技术：

在开采地下矿产资源的过程中，采矿方法选用全面法、房柱法开采水平～缓倾斜矿体(倾角在0°～30°之间)时，作业空间通常以空场形式存在，空场内利用连续条带型矿柱或不同形式的点柱(圆形、矩形、椭圆形)来承载采区或采场范围内的上覆围岩载荷，从而维护合理开采跨度范围内的稳定，最终保证作业的安全性。这些矿柱所占矿量一般为矿块总矿量的15％～20％，甚至更多(连续条带柱时达到40％)。所留设在采场内的矿柱，通常在矿块生产末期进行部分回收。该类采矿方法的研究与优化的主要方向其中之一便是：设法减少留设矿柱比例，或在矿房回采过程中，进行部分的回收，以提高矿石回收率、增加企业经济效益。

在实际生产应用过程中，为了提高矿石回收率、降低矿石损失率，常规方法是：采用人工矿柱替代原生矿柱的方法来实现。人工矿柱根据其形式的不同，主要包括：木支护、人工胶结矿柱、液压支柱、机械支架等。但不管采用何种形式的支撑结构，均存在不同类型的缺点：①木支护时易发生火灾、易腐朽；劳动强度大、成本高；已被相关部门所禁止。②人工胶结矿柱整体难以接顶；施工工序繁琐、成本高；顶板发生位移或变形后，被动承载应力。③液压支柱需要建立水箱及加压泵系统、管路系统、液控系统、顶梁链接系统等，组成复杂、投资较大。④采用机械支架时，支撑不便，不能回收，成本较高。

技术实现要素：

本发明提供一种单向活塞式采场支护装置及支护方法，以解决支护时存在的接顶难、成本高、工序复杂、大变形后被动承压等问题。

本发明采取的技术方案是：单向活塞式采场支护装置包括：圆形约束套筒、膨胀材料药卷、注水装置、支撑杆体、接顶装置、底座、盖板、链接装置、外筒，其中圆形约束套筒与底座焊接，膨胀材料药卷整齐摆放于圆形约束套筒与底座焊接而成的空间内，盖板底部与外筒上部焊接，外筒套接在圆形约束套筒外部，支撑杆体底部与盖板上方垂直焊接，链接装置分别与支撑杆体焊接，支撑杆体相互之间通过链接装置稳固，接顶装置与支撑杆体顶部焊接，注水装置焊接于盖板上的预定开孔位置；

所述底座及盖板均采用钢板；

所述圆形约束套筒与外筒高度相同；

所述外筒内径大于圆形约束套筒外径5mm；

所述接顶装置包括木板、螺栓、钢板，用于调节顶板角度的木板通过螺栓与钢板固定连接；

所述膨胀材料药卷间的空隙部分用细沙填充；

所述膨胀材料药卷的成分主要包括氧化钙。

一种单向活塞式采场支护方法，包括下列步骤：

(一)、采用地质罗盘测量顶板倾角，并根据顶板倾角加工好木板，并通过螺栓与钢板固定连接，制成接顶装置，备用；

(二)、测量采场高度，并将支撑杆体加工成相应的长度，备用；

(三)、平整预定支护位置场地，将底座与圆形约束套筒焊接后，放置于已平整好的位置，并整齐摆放膨胀材料药卷，空隙部分采用细沙充填；

(四)、将盖板与外筒焊接后，将外筒套在圆形约束套筒外，由于圆形约束套筒与外筒高度相同，所以扣好之后，将相互吻合；

(五)、将支撑杆体逐个焊接于盖板上，并保证其在盖板上位置均匀，以防倾斜，并保证焊接时，支撑杆体垂直于盖板；

(六)、将接顶装置先放置于支撑杆体的顶端，为防止滑落，采用点焊形式固定，支撑杆体中间部位，通过链接装置焊接固定；

(七)采场内管路水通过注水装置注入，注入时间为15min，随后静待其反应，反应时间为2.5h，膨胀材料发生水化反应后，产生膨胀力，盖板向上运动，通过支撑杆体、接顶装置作用于采场顶板。

本发明的有益效果在于：通过采用以氧化钙为主要成分的膨胀材料，遇水发生体积膨胀的性能，并利用膨胀后产生的膨胀力作为动力，支护采场顶板的方法，实现支护体主动支撑顶板的目的。操作安全可靠，简单易行，水化反应后产生的膨胀力，为采场顶板提供了主动支撑，增强了围岩的自稳能力；与人工混凝土矿柱、液压支柱等比较，大大降低了支护成本，顶板发生变形前，有一定的承压能力，实现了承压支护，可根据现场实际高度，调节支护装置，方便灵活。还具有劳动强度低、支撑力大、单个支撑体成本低等优势，进一步保障了生产作业的安全。

附图说明

图1是本发明单向活塞式采场支护装置的结构示意图；

图2是本发明单向活塞式采场支护装置的接顶装置的结构示意图；

图3是图2的仰视图；

图4是本发明单向活塞式采场支护装置的膨胀材料药卷装填结构示意图；

图5是本发明单向活塞式采场支护装置中圆形约束套筒1、底座6、盖板7、外筒9、膨胀材料药卷2、细沙10部分的结构示意图。

具体实施方式

单向活塞式采场支护装置包括：圆形约束套筒1、膨胀材料药卷2、注水装置3、支撑杆体4、接顶装置5、底座6、盖板7、链接装置8、外筒9；其中圆形约束套筒1与底座6焊接，膨胀材料药卷2整齐摆放于圆形约束套筒1与底座6焊接而成的空间内，盖板7底部与外筒9上部焊接，外筒9套接在圆形约束套筒1外部，支撑杆体4底部与盖板7上方垂直焊接，链接装置8分别与支撑杆体4焊接，支撑杆体4相互之间通过链接装置8稳固，接顶装置5与支撑杆体4顶部焊接，注水装置3焊接于盖板7上的预定开孔位置；

位于底部的底座6、圆形约束套筒1、膨胀材料药卷2、注水装置3、底座6、盖板7、外筒9是支护产生能量的核心，可称为“膨胀装置”，注水后所提供上向膨胀力，通过支撑杆体4，作用于接顶装置5，从而支撑采场或巷道顶板；

所述底座6及盖板7均由钢板组成，厚度分别为5mm、12mm；

所述圆形约束套筒与外筒高度相同；

外筒9内径大于圆形约束套筒1外径5mm；

管路水可通过注水装置3与膨胀材料药卷2发生水化反应，并产生膨胀力；

所述接顶装置5包括木板501、螺栓502及钢板503，用于调节顶板角度的木板501(根据实际顶板角度，提前预制)通过螺栓502与钢板503固定连接；

所述膨胀材料药卷2间的空隙部分用细沙10填充。

所述膨胀材料药卷2的成分主要包括氧化钙。

一种单向活塞式采场支护方法，包括下列步骤：

(一)、采用地质罗盘测量顶板倾角，并根据顶板倾角加工好木板501；如图2所示，并通过螺栓502与钢板503固定连接，制成接顶装置5，备用；

(二)、测量采场高度，并将支撑杆体4加工成相应的长度，备用，支撑杆体4均为无缝钢管；

(三)、平整预定支护位置场地，将底座6与圆形约束套筒1焊接后，放置于已平整好的位置，并整齐摆放膨胀材料药卷2，空隙部分采用细沙10充填；

(四)、将盖板7与外筒9焊接，将外筒9套在圆形约束套筒1外，由于圆形约束套筒1与外筒9高度相同，所以扣好之后，将相互吻合；

(五)、将4根支撑杆体4逐个焊接于盖板7上，并保证其在盖板7上位置均匀，以防倾斜，并保证焊接时，支撑杆体4垂直于盖板7；

(六)、将接顶装置5先放置于支撑杆体4的顶端，为防止滑落，采用部分点焊形式固定，支撑杆体4中间部位，通过链接装置8焊接固定，链接装置8为螺纹钢；

(七)采场内管路水通过注水装置3注入，注入时间为15min，随后静待其反应，反应时间一般为2.5h，膨胀材料发生水化反应后，产生膨胀力，盖板7向上运动，通过支撑杆体4、接顶装置5作用于采场顶板；

所述膨胀材料药卷2选用吸水性能好的纸张，沿短边方向卷成的药卷，药卷内装填膨胀材料，主要为氧化钙，两端采用胶带固定，从而制作成膨胀材料药卷。