采空区不规则顶板人工矿柱接顶装置及其应用方法与流程

本发明涉及采矿工程，尤其涉及一种采空区不规则顶板人工矿柱接顶装置及其应用方法。

背景技术：

1、矿柱是矿产资源地下开采时为进行地压管理而留设的，特别是缓倾斜和倾斜矿体浅孔房柱法开采时往往需要留设大量的原岩矿柱，该部分矿量高达15％～25％，由此导致矿石损失率过大。对于矿石品位高、吨矿价值大的矿体，为了充分回收矿产资源，在实际开采过程中人们往往会采用构筑人工矿柱的方式来替代原生矿柱，将原来需要留设的原生矿柱置换回采出来，从而提高矿石回收率、改善企业整体经济效益。此外，在某些矿山处理采空区时，往往需要在特定位置构筑一些人工矿柱来支撑不稳固采空区顶板，或是辅助原生矿柱加强对采空区顶板的支撑作用，改善区域整体应力分布状态，为采空区内作业人员提供安全的生产条件和环境。因此，人工矿柱构筑是矿山开采过程中经常采用的一项工艺和技术。

2、传统人工矿柱的构筑通常是按采空区的高度进行设计，采用扎钢筋、支模板等方式，最后采用混凝土浇筑的形式完成。例如申请公布号为cn109944615a的发明公开了一种井下支护用人工矿柱及架设方法，该人工矿柱包括接顶钢板、支撑立柱及预应力施加机构，接顶钢板的上表面与顶板相接触，其接顶钢板为平面，而且该人工矿柱架设好后，还需要向支撑立柱内注入水泥砂浆，将支撑立柱由空心结构转换为钢管混凝土结构，该方案具有如下缺陷：

3、1、由于现实中采空区顶板通常是凹凸不平的，呈不规则状，因此该方案顶部的平面接顶钢板无法实现与采空区顶板完全接触，因此会存在空隙，导致承载力较差；

4、2、其需要在支撑立柱内注入水泥砂浆，将支撑立柱由空心结构转换为钢管混凝土结构，然而混凝土形成强度需要一定时间，初始阶段无法对采空区顶板形成即时的支撑。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够实现矿柱顶端与采空区顶板完全接触、且能够对顶板形成即时支撑的采空区不规则顶板人工矿柱接顶装置及其应用方法。

2、本发明的技术方案如下：一种采空区不规则顶板人工矿柱接顶装置，该装置包括能与人工矿柱顶端固定连接的密封油桶，还包括支柱和液压泵，其中：

3、密封油桶的顶壁是一个多孔盘，密封油桶内的油由所述液压泵提供；

4、所述支柱有多根，各支柱通过所述多孔盘上的各孔分别一端插入密封油桶中，另一端在密封油桶外，各支柱能进行直线伸缩运动，用于各支柱在油压的作用下能分别对采空区不规则顶板进行支撑。

5、进一步地，所述多孔盘与支柱之间设有用于使各支柱与密封油桶之间密封的密封套，密封套安装在多孔盘上，各支柱贯穿所述密封套。

6、进一步地，所述密封套的圆孔的顶端两侧对称开设有盲槽，支柱的两侧对称设有限位凸起，限位凸起向下落入盲槽内以限制各支柱的最低高度。

7、进一步地，所述密封油桶的底端设有用于连接人工矿柱顶端与密封油桶底端的套筒，所述套筒套入人工矿柱的顶端。

8、进一步地，所述密封油桶的侧面设有进油接口与出油接口，进油接口通过进油管路与液压泵连接，出油接口与出油管路连接。

9、进一步地，所述进油管路上设有压力表。

10、根据上述所述的接顶装置的应用方法，包括如下步骤：

11、s1：将接顶装置整体吊装至预制人工矿柱的顶端，使两者形成一个整体；

12、s2：将进油接口与液压泵通过进油管路相连接，并关闭出油管路；

13、s3：打开液压泵，向密封油桶内泵入液压油，在泵油过程中，压力表呈现恒定数值，各支柱上升，当局部部分支柱接触到采空区顶板后会停止继续上升，未接触到顶板的其余支柱会继续上升直至所有支柱顶部接触到采空区顶板。

14、进一步地，步骤s3操作完成后，压力表中压力值出现上升，上升数值为该接顶装置向采空区顶板施加的主动预应力，可根据要求设定预应力数值，在达到要求预应力值后关闭液压泵及进油接口。

15、进一步地，定期对采空区顶板来压情况进行观测，在顶板来压达到一定数值时，打开出油管路对装置进行泄压以避免预应力矿柱与采空区顶板相互作用造成采空区顶板破坏，泄压完成后重复步骤s3重新向采空区顶板施加预应力，当来压超过一定数值时，及时进行预警，撤离人员及设备。

16、进一步地，采空区顶板来压造成压力表读数上升，对应采空区顶板势必发生下沉，此时，可根据压力表读数，按液体压缩系数公式来计算矿柱支撑部分顶板下沉量，式中液体压缩系数k可根据选择的液压油具体型号及参数确定，p1-p2即为压力表读数变化δp，v1-v2为密封油桶内液体压缩体积，再结合油缸内径d,进而求解顶板下沉量δs。

17、采用上述方案，本发明具有如下有益效果：

18、1、改变传统人工矿柱不能完全接顶的缺陷，本接顶装置采用多根支柱，能够适应各种形态的采空区顶板，与之紧密接触，并能够对采空区顶板形成即时支撑；

19、2、可以向采空区顶板施加一定数值的预应力，对采空区顶板形成主动支撑；

20、3、本接顶装置可以对采空区顶板位移进行实时监测，便于矿山工作人员实时了解采空区顶板来压情况；

21、4、本接顶装置可以及时泄压，防止预应力与顶板来压相互作用导致采空区顶板被破坏，在泄压后本装置仍可对顶板重新形成支撑和施加预应力；

22、5、能够对采空区顶板的应力变化情况进行实时监测，并能够根据数值变化情况即时预警。

技术特征：

1.一种采空区不规则顶板人工矿柱接顶装置，其特征在于，该装置包括能与人工矿柱顶端固定连接的密封油桶，还包括支柱和液压泵，其中：

2.根据权利要求1所述的采空区不规则顶板人工矿柱接顶装置，其特征在于，所述多孔盘与支柱之间设有用于使各支柱与密封油桶之间密封的密封套，密封套安装在多孔盘上，各支柱贯穿所述密封套。

3.根据权利要求2所述的采空区不规则顶板人工矿柱接顶装置，其特征在于，所述密封套的圆孔的顶端两侧对称开设有盲槽，各支柱的两侧对称设有限位凸起，限位凸起向下落入盲槽内以限制各支柱的最低高度。

4.根据权利要求1-3任一项所述的采空区不规则顶板人工矿柱接顶装置，其特征在于，所述密封油桶的底端设有用于连接人工矿柱顶端与密封油桶底端的套筒，所述套筒套入人工矿柱的顶端。

5.根据权利要求4所述的采空区不规则顶板人工矿柱接顶装置，其特征在于，所述密封油桶的侧面设有进油接口与出油接口，进油接口通过进油管路与液压泵连接，出油接口与出油管路连接。

6.根据权利要求5所述的采空区不规则顶板人工矿柱接顶装置，其特征在于，所述进油管路上设有压力表。

7.根据权利要求6所述的接顶装置的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，步骤s3操作完成后，压力表中压力值出现上升，上升数值为该接顶装置向采空区顶板施加的主动预应力，可根据要求设定预应力数值，在达到要求预应力值后关闭液压泵及进油接口。

9.根据权利要求8所述的应用方法，其特征在于，定期对采空区顶板来压情况进行观测，在顶板来压达到一定数值时，打开出油管路对装置进行泄压以避免预应力人工矿柱与采空区顶板相互作用造成采空区顶板破坏，泄压完成后重复步骤s3重新向采空区顶板施加预应力，当来压超过一定数值时，及时进行预警，撤离人员及设备。

10.根据权利要求9所述的应用方法，其特征在于，采空区顶板来压造成压力表读数上升，对应采空区顶板势必发生下沉，此时，可根据压力表读数，按液体压缩系数公式来计算矿柱支撑部分顶板下沉量，式中液体压缩系数k可根据选择的液压油具体型号及参数确定，p1-p2即为压力表读数变化δp，v1-v2为密封油桶内液体压缩体积，再结合油缸内径d,进而求解顶板下沉量δs。

技术总结
本发明公开一种采空区不规则顶板人工矿柱接顶装置，包括密封油桶、多根支柱和液压泵，密封油桶的顶壁是一个多孔盘，密封油桶内的油由液压泵提供，各支柱能进行直线伸缩运动，各支柱在油压的作用下能分别对采空区不规则顶板进行支撑。本装置改变传统人工矿柱不能完全接顶的缺陷，采用多根支柱，能够适应各种形态的采空区顶板，并能够对采空区顶板形成即时支撑。可以向采空区顶板施加一定数值的预应力，对采空区顶板形成主动支撑。可以对采空区顶板位移进行实时监测，便于矿山工作人员实时了解采空区顶板来压情况。可以及时泄压，防止预应力与顶板来压相互作用导致采空区顶板被破坏，在泄压后本装置仍可对顶板重新形成支撑和施加预应力。

技术研发人员：吕冠颖,戴超群,桂旺华,刘畅,王红武,王剑南,何环莎,赵亮
受保护的技术使用者：长沙矿山研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13