一种用于矿山井下的组装充填挡墙的制作方法

本实用新型属于矿山安全设备技术领域，具体的说是涉及一种用于矿山井下的组装充填挡墙。

背景技术：

充填采矿法属人工支护采矿法，是指伴随落矿、运搬及其它作业的同时，用充填料充填采空区的采矿方法。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回采。充填的目的是支护采空区两帮岩石，并为继续进行上面分层回采造成立足的底板。本法适用于矿石和围岩不稳固，不允许有较大暴露面的矿床；地表需要保护的矿床；稀有贵金属或高品位的矿床；有自燃性的硫化矿床；赋存条件复杂的矿床等。该采矿方法也是深部开采时控制地压的有效措施。充填采矿法的优点是适应性强、矿石回采率高、贫化率低、和作业较安全等，能利用工业废料，保护地表。缺点是工艺复杂，成本高昂，劳动生产率和矿块生产能力均较低，造成充填采矿法上述缺点的主要原因之一就是充填挡墙的建设问题。

现有技术中通常使用的充填挡墙为木板墙，木板墙向井下下放材料时占用主井罐笼提升时间较长，下放木板墙材料过程工序复杂、劳动强度大。以长×宽＝3m×3m的充填木板墙为例，木板墙材料包括长4m的木板12块、长6m的原木15根、拔据子、土工布和铁钉若干，木板墙材料的下放至少占用主井罐笼3罐，木板墙在下料过程中，原木和木板长度均大于罐笼高度，在下放过程中存在较大安全隐患，原木和木板装入和运出罐笼时，均需要多人在主井附近参与装卸，劳动强度大，同样存在安全隐患。基于现有技术中木板墙存在的诸多缺陷，现亟需设计出一种结构及材料更加合理的组装充填挡墙，用于消除现有技术中存在的安全隐患，做到本质安全。

技术实现要素：

本实用新型为了克服现有技术存在的不足，提供一种用于矿山井下的组装充填挡墙。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种用于矿山井下的组装充填挡墙，该用于矿山井下的组装充填挡墙的墙体框架是由多根可伸缩钢管横撑和多根可伸缩钢管立柱搭建而成，可伸缩钢管横撑和可伸缩钢管立柱均由多根工字钢通过连接构件连接组成，在可伸缩钢管横撑的左右两端分别设置有由连接构件固定连接的圆钢，在墙体框架的矿洞内侧设置有多根竖向钢管，多根竖向钢管等间距设置并通过连接构件与墙体框架固定连接，在竖向钢管上固定连接有一张与墙体框架形状和面积均相同的钢筋网，在钢筋网上覆盖有一层与钢筋网形状和面积均相同的土工布，在墙体框架的矿洞外侧设置有多根用于固定支撑的工字钢斜撑，在矿洞内侧设置有一根顶部与矿洞连接且底部伸出土工布的泄水管。

连接构件包括工字钢同向连接组件、工字钢交叉连接组件和钢管卡扣。工字钢同向连接组件用于固定可伸缩钢管横撑，调整好需要的长度，两根工字钢的腿正对交错拼接在一起，由工字钢同向连接组件固定。工字钢交叉连接组件用于可伸缩钢管横撑和可伸缩钢管立柱之间的固定，可伸缩钢管横撑和可伸缩钢管的交叉处一侧固定正方形钢板，位于另一侧的长腿u型螺柱伸入正方形钢板内并由螺母固定。钢管卡扣用于竖向钢管与工字钢之间的固定，钢管卡扣是由铁丝绳制成的绑带卡扣，需要固定时，只需将铁丝绳制成的绑带卡扣缠住钢管与工字钢，铁丝绳两端一拧紧即可，方便快捷，绑接牢固。在固定时，还可将位于可伸缩钢管横撑左右两端的圆钢钉入矿洞的侧壁，以使整面组装充填挡墙的固定更加牢固。

工字钢同向连接组件包括一块矩形钢板和一个短腿u型螺柱，在矩形钢板上设置有两个螺孔，在短腿u型螺柱两端的外壁上均设置有一段外螺纹，短腿u型螺柱的两端与矩形钢板上两个螺孔的位置相对应，短腿u型螺柱的两端伸入矩形钢板的两个螺孔内并由螺母固定。

工字钢交叉连接组件包括一块正方形钢板和一个长腿u型螺柱，在正方形钢板上等间距设置有四个螺孔，在长腿u型螺柱两端的外壁上均设置有一段外螺纹，长腿u型螺柱的两端与正方形钢板上位于对角设置的两个螺孔相对应，长腿u型螺柱的两端伸入正方形钢板上位于对角设置的两个螺孔内并由螺母固定。

土工布的边缘通过速凝剂与矿洞的墙体粘结。工字钢是采用16号工字钢，16号工字钢的标准规格参数为：高160mm，腿宽88mm，腹厚6mm，截面面积26.1cm2，重量20.5kg/m。圆钢是采用φ＝100mm的圆钢。钢管是采用φ＝100mm的钢管。钢筋网是孔径长×宽＝100mm×100mm的方孔钢筋网。

本实用新型针对现有技术中木板充填挡墙的不足，经过设计提出组装充填挡墙构筑技术，该技术不再采用木料为支撑和封闭材料，减少资源浪费。充填挡墙主体采用钢管(φ＝100mm)、钢筋网(100mm×100mm)、工字钢(16号)和圆钢(φ＝100mm)进行构筑，支撑能力更强，安全系数更高。节省挡墙材料下放时间，减少对主井罐笼提升的占用，而且还能减小对主井生产组织的影响，提高了主井的利用率。组装充填挡墙较木挡墙具有明显的价格优势，消除木板墙下放和运输过程中的危险因素，做到本质安全。组装充填挡墙节省人力，大大提高了板墙构筑效率。封闭充填挡墙前在挡墙两侧的基岩内搭设圆钢进行支撑，增加充填挡墙的支撑能力。为提高泄水能力，减少充填过程中对充填挡墙的压力，在组装充填挡墙的墙内采用钢筋网和土工布进行虑水，虑水效果明显，本实用新型较现有技术中的木板墙泄水面积增加，泄水速度提高一倍以上，减少了充填挡墙倒塌或溃坝等事故的发生。组装充填挡墙采用钢管及连接组件进行搭接，组装灵活、方便、强度高，重复利用率高，适用于各种规格的充填采场。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中组装充填挡墙的工字钢连接技术由原有的井下焊接方式改为螺栓连接方式。工字钢连接由连接组件进行连接，工字钢连接组件为自主设计的新型结构，分为工字钢同向连接组件和工字钢交叉连接组件两种。本实用新型采用螺栓连接较现有技术中的焊接具有诸多优势：采用螺栓连接，较焊接的可靠性更高，成本更低；工字钢可重复利用，节省材料，减少向井下下放工字钢的次数，进而减少对主井提升运输的影响。采用螺栓连接，可避免井下焊接作业，减少井下用电和火灾风险，还能够减少井下有毒有害气体的排放，做到本质安全。采用螺栓连接较焊接大大节省人力，降低劳动强度，节省井下用电，加快充填板墙的封闭速度。

表1：螺栓连接与焊接连接综合对比

由表1可知：采用工字钢连接组件后构筑挡墙的速度较之前的焊接方式提高3倍，劳动强度大大降低，因本连接技术在井下取得良好的效果，所以非常适合在矿山井下全面推广使用。

附图说明

图1是本实用新型组装充填挡墙的正面结构示意图；

图2是本实用新型组装充填挡墙的侧面结构示意图；

图3是本实用新型组装充填挡墙中工字钢同向连接组件的结构示意图；

图4是本实用新型组装充填挡墙中工字钢交叉连接组件的结构示意图；

图中：1-可伸缩钢管横撑；2-可伸缩钢管立柱；3-圆钢；4-螺孔；5-钢筋网；6-土工布；7-工字钢斜撑；8-泄水管；9-矩形钢板；10-短腿u型螺柱；11-正方形钢板；12-长腿u型螺柱；13-外螺纹。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细描述。

如图1至图4所示，一种用于矿山井下的组装充填挡墙，该用于矿山井下的组装充填挡墙的墙体框架是由多根可伸缩钢管横撑1和多根可伸缩钢管立柱2搭建而成，可伸缩钢管横撑1和可伸缩钢管立柱2均由多根工字钢通过连接构件连接组成，在可伸缩钢管横撑1的左右两端分别设置有由连接构件固定连接的圆钢3，在墙体框架的矿洞内侧设置有多根竖向钢管，多根竖向钢管等间距设置并通过连接构件与墙体框架固定连接，在竖向钢管上固定连接有一张与墙体框架形状和面积均相同的钢筋网5，在钢筋网5上覆盖有一层与钢筋网5形状和面积均相同的土工布6，在墙体框架的矿洞外侧设置有多根用于固定支撑的工字钢斜撑7，在矿洞内侧设置有一根顶部与矿洞连接且底部伸出土工布6的泄水管8。

连接构件包括工字钢同向连接组件、工字钢交叉连接组件和钢管卡扣。工字钢同向连接组件包括一块矩形钢板9和一个短腿u型螺柱10，在矩形钢板9上设置有两个螺孔4，在短腿u型螺柱10两端的外壁上均设置有一段外螺纹13，短腿u型螺柱10的两端与矩形钢板9上两个螺孔4的位置相对应，短腿u型螺柱10的两端伸入矩形钢板9的两个螺孔4内并由螺母固定。工字钢交叉连接组件包括一块正方形钢板11和一个长腿u型螺柱12，在正方形钢板11上等间距设置有四个螺孔4，在长腿u型螺柱12两端的外壁上均设置有一段外螺纹13，长腿u型螺柱12的两端与正方形钢板11上位于对角设置的两个螺孔4相对应，长腿u型螺柱12的两端伸入正方形钢板11上位于对角设置的两个螺孔4内并由螺母固定。钢管卡扣是由铁丝绳制成的绑带卡扣。

土工布6的边缘通过速凝剂与矿洞的墙体粘结。工字钢是采用16号工字钢，圆钢3是采用φ＝100mm的圆钢3，钢管是采用φ＝100mm的钢管，钢筋网5是孔径长×宽＝100mm×100mm的方孔钢筋网5。

本实用新型组装充填挡墙对比木板墙的优势及应用现状：

(1)、材料费用对比：

①、以长×宽＝3m×3m的木板墙为例，木板墙材料为：木板12块(16元1m³)、原木15根(12元1m³)、拔据子若干，木板墙价格：12/16×1500元/m³+15/12×1500元/m³＝3000元，其他材料费用拔据子、土工布6、铁丝、铁钉等材料300元，可得3m×3m木板墙材料费用：3000元+300元＝3300元。

②、以长×宽＝3m×3m的组装充填挡墙为例，组装充填挡墙材料为：钢管(φ48厚2.5mm)共需40根，市场价格3000元/吨，单管材料价格＝250/1000×3000元/吨＝750元，扣件50个，市场价格3元，扣件材料价格＝50个×3元＝150元，其他材料费用土工布6、钢筋网5、铁丝等材料费用600元。可得3m×3m组装充填挡墙的材料费用：750元+150元+600元＝1500元。

工字钢采用连接组件进行连接，可重复使用20次以上，且不需要焊接、切割等工作。每个挡墙的工字钢需要长度35m，价格3000元/吨，每个挡墙均摊的工字钢成本费用：[(35m*20.513m/kg)/1000*3000元/吨]/20＝107.7元。组装充填挡墙材料总费用＝1500+107.7＝1607.7元。

(2)、下放材料成本对比：

①、木板墙(3m×3m的木板墙为例)：

一个木板墙材料下放占用主井罐3罐，主井罐笼一罐的费用为79元。直接费用：人工5元，设备摊销15元，供暖3元、电费30元、备品备件6元、维修费用10元、辅助费用10元，下放一个木板墙材料的费用：79×3＝237元。

②、组装充填挡墙(3m×3m的挡墙为例)：

组装充填挡墙下放材料，主井罐笼一罐便可运送三个组装充填挡墙的材料，下放一个组装充填挡墙材料的费用：79元/3＝26.3元。

表2：木板墙与组装充填挡墙综合对比

由表2可知：本实用新型中的组装充填挡墙在实际应用中具有很多优势，每月按组装80个充填挡墙计算，每年需构筑充填挡墙960个，可节约费用＝材料费用+下放材料费用+人工费用＝(3300元-1607.7元)*960+(237元-26.3元)*960+150*4*960＝240.28万元。如充填采矿法进一步全面推广，经济效益将更加明显。本实用新型中的组装充填挡墙能够很好的在实际充填过程中推广使用，对其他采用充填采矿法的矿山也有重要的借鉴意义。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本实用新型的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。