一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法与流程

本发明涉及采矿施工，具体涉及一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法。

背景技术：

1、矿山指有一定开采境界的采掘矿石的独立生产经营单位。矿山包括煤矿、金属矿、非金属矿、建材矿和化学矿等等。我国现存有高海拔的待开采矿山，高海拔的矿山面积广阔，储量丰富，但是矿区主要以降雪降雨天气为主，冬长夏短，经常出现极端天气。矿山多位于高寒山区，冰蚀作用强烈，矿床以石榴石矽卡岩为主，次为大理岩、火山尘凝灰、安山岩、磁铁矿等，附近有固体地表水体，为常年冰川，不构成矿床的主要充水因素，覆盖层地下水补给条件较差，矿体的围岩为矽卡岩、大理岩，上部覆盖着第四系现代冰川堆积及残坡积物，存在第四系孔隙水层。

2、矿山采用平硐和斜坡道联合开拓方式，采矿方法为无底柱分段崩落法，分段高度15.5m，进路间距18m；无底柱分段崩落法属于崩落采矿法的一种，是通过崩落围岩达到控制地压的目的，当开采区域距离地表较远，围岩崩落无法与地表贯通时会在井下形成采空区。

3、然而该采空区会随着开采活动的进行而不断扩展，不仅容易引起采场失稳、山体崩塌、地表塌陷、边坡滑塌，造成重大人员伤亡和经济损失，而且容易形成矿山泥石流，破坏区域生态环境。

4、针对高原高寒地区的矿山开采过程中存在两种典型危害方式：一种是采空区顶板大面积冒落，引发地表沉陷和开裂，导致人员伤亡和地表构建筑物损毁；另一种是采空区突然垮塌产生高速气浪和冲击波，造成严重的人员伤亡和设备破坏。因此高海拔地区矿山采空区发生大面积冒落造成的冲击波，一直是制约矿山发展的主要问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法，以解决高海拔地区的矿山开采过程中，采空区易发生大面积冒落和垮塌导致人员伤亡及设备损坏的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供的基础方案为：一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法，包括如下步骤：

3、步骤一，根据如下公式计算混凝土抗拉强度达标下的阻波墙厚度，

4、

5、其中b为阻波墙厚度(m)；p为动压(mpa)；s为受风面积(m2)；k为安全系数；l为巷道周长(m)；f0为材料抗剪强度设计值；fc为材料抗压强度设计值(mpa)；ft为材料抗拉强度设计值(mpa)；

6、步骤二，根据如下公式计算混凝土抗剪强度达标下的阻波墙厚度，

7、

8、其中，σt为阻波墙混凝土弯曲抗拉强度设计值(mpa)；b为阻波墙宽度(m)；

9、步骤三，根据如下公式计算混凝土抗压强度达标下的阻波墙厚度，

10、

11、其中，a为阻波墙高度(m)；α为支撑面与巷道中心线的夹角，岩石坚固性系数f＜6时，α＝20°；f＞6时，α＝30°；

12、步骤四：根据步骤一、步骤二和步骤三计算得到的阻波墙厚度，确认出阻波墙的安全厚度；

13、步骤五，根据步骤四得到的阻波墙的安全厚度进行巷道的封堵施工。

14、本发明的原理和有益效果在于：本发明通过根据巷道的数量在巷道中设置若干相同数量的阻波墙，根据采空区的动压和风速等环境条件，根据混凝土的抗剪强度、抗弯强度和抗压强度推算出混凝土的安全厚度，将混凝土浇注形成阻波墙，针对高原高寒地区采空区特殊赋存环境与复杂空间结构导致的采空区稳定性隐患，采用巷道封堵的封堵方案，通过对开采完的进路设置阻波墙封堵，对已开采完毕的各分段进路进行封堵，达到最大程度地减轻采空区顶板大范围冒落，以及减少地表塌陷产生空气冲击波带来的危害目的；对同类型矿山冒落风险防范具有一定的示范作用。

15、方案二，此为基础方案的优选，步骤五中巷道的封堵施工步骤如下：

16、s1：采用钻机沿着巷道周长在巷道壁处开孔，孔深1.5m，孔分别与顶底板和巷道两帮按间隔0.3m均匀分布；

17、s2：开孔施工完毕后，向孔中插入锚杆，锚杆露出孔外部的部分长0.5m；

18、s3：准备若干个钢管分别作为立柱和横梁，将立柱与安装在顶底板的锚杆焊接，将横梁与安装在巷道两帮的锚杆焊接，若干个立柱、横梁和锚杆组合形成一个整体且牢固的支架；

19、s4：在横梁上铺设内模板，靠近巷道帮壁的一侧放置外模板，外模板通过锚杆和巷道周边连接固定，外模板与巷道帮壁之间填塞填充物；

20、s5：将预先搅拌均匀的混凝土浇筑入内模板和外模板之间，浇筑的过程中施工人员对混凝土进行振捣使其更加密实；

21、s6：经过一定期间的养护期后，拆下外模板，阻波墙即施工完成。

22、方案三，此为基础方案的优选，混凝土的抗剪强度、抗弯强度、抗压强度和抗拉强度分别依次设为4.4mpa、11mpa、9.6mpa和1.1mpa。

23、方案四，此为方案二的优选，步骤s2中的锚杆采用φ36mm圆钢树脂；矿山井巷支护多采用的较为牢固的锚杆种类。

24、方案五，此为方案二的优选，步骤s4中，内模板采用竹胶板，外模板采用钢模板；采用钢模板使得后期混凝土养护完毕后便于拆下。

25、方案六，此为方案五的优选，步骤s4中的填充物采用竹胶板或者木板；采用竹胶板或者木板将外模板与巷道帮壁之间的空间进行填充，有助于使得外模板在浇筑时能够保持较为稳定的状态。

26、方案七，此为基础方案的优选，步骤五中得到的阻波墙的安全厚度不低于1.6m；按抗拉强度条件、抗弯强度条件、抗压强度分别利用公式对阻波墙安全厚度计算下，满足阻挡空气冲击波的阻波墙安全厚度分别为0.447m、1.592m、0.255m，因此在保证阻波墙的厚度至少为1.6m可以满足安全的需要。

技术特征：

1.一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法，其特征在于，步骤五中巷道的封堵施工步骤如下：

3.根据权利要求1所述的一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法，其特征在于，混凝土的抗剪强度、抗弯强度、抗压强度和抗拉强度分别依次设为4.4mpa、11mpa、9.6mpa和1.1mpa。

4.根据权利要求2所述的一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法，其特征在于，步骤s2中的锚杆采用φ36mm圆钢树脂。

5.根据权利要求2所述的一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法，其特征在于，步骤s4中，内模板采用竹胶板，外模板采用钢模板。

6.根据权利要求5所述的一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法，其特征在于，步骤s4中的填充物采用竹胶板或者木板。

7.根据权利要求1所述的一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法，其特征在于，步骤五中得到的阻波墙的安全厚度不低于1.6m。

技术总结
本发明属于采矿施工技术领域，具体公开了一种高海拔矿山采空区治理巷道封堵方法，包括在开采完毕分段和采空区直接连通的进路与运输巷道分别按照设定的施工模式设置若干个阻波墙，每个阻波墙的混凝土强度等级为C20‑C25，阻波墙所用混凝土的抗压强度、抗剪强度和抗拉强度分别依次设为9.6MPa、4.4MPa和1.1MPa。本发明通过根据巷道的数量在巷道中设置若干相同数量的阻波墙，针对高原高寒地区通过对开采完的进路设置阻波墙封堵，对已开采完毕的各分段进路进行封堵，达到最大程度地减轻采空区顶板大范围冒落，以及地表塌陷产生空气冲击波带来的危害目的；对同类型矿山冒落风险防范具有一定的示范作用。

技术研发人员：史欣,张孝龙,史峰
受保护的技术使用者：巴州敦德矿业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19