[發(fā)明專利]一種井下支護(hù)用人工礦柱及架設(shè)方法

在審

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• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN109944615A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李元輝;李坤蒙;熊志朋;張鳳鵬;徐帥;安龍
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): E21D15/18
• 分類號(hào): E21D15/18;E21D15/54;E21D15/52;E21D15/58
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種井下支護(hù)用人工礦柱及架設(shè)方法，包括接頂鋼板、預(yù)應(yīng)力施加機(jī)構(gòu)及插接在兩者之間的支撐立柱，支撐立柱由兩根套接的支撐鋼管組成，預(yù)應(yīng)力施加機(jī)構(gòu)包括預(yù)應(yīng)力施加缸筒及焊接有導(dǎo)向缸筒的底座/支撐鋼板，底座/支撐鋼板通過導(dǎo)向缸筒包覆預(yù)應(yīng)力施加缸筒，預(yù)應(yīng)力施加缸筒內(nèi)部用于填充膨脹材料。架設(shè)方法為：先將填充有膨脹材料的預(yù)應(yīng)力施加機(jī)構(gòu)放置到支護(hù)位置處的底板上，再將支撐立柱外管插入支撐鋼板上，然后將接頂鋼板插接到支撐立柱內(nèi)管頂端；在支撐立柱外管上固裝卡箍，內(nèi)管上松套卡箍；向上抬升支撐立柱內(nèi)管，使接頂鋼板與頂板接觸；緊固內(nèi)管卡箍，在兩卡箍間安放千斤頂并施加預(yù)緊支撐力，同時(shí)焊接內(nèi)外管；預(yù)應(yīng)力施加缸筒注水并輸出膨脹力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于采礦工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種井下支護(hù)用人工礦柱及架設(shè)方法。

背景技術(shù)

在開采地下礦山的水平和緩傾斜金屬礦床時(shí)，為了保證人員的作業(yè)安全條件，通常留有較寬的連續(xù)采區(qū)礦柱和間斷的圓形或矩形點(diǎn)柱，用以承載采區(qū)范圍上部的覆巖載荷，以限制頂板的變形和破壞，保證采場的穩(wěn)定性，控制礦房回采的允許跨度。

盡管原生礦柱提高了采場的安全性，然而，若在生產(chǎn)末期對留設(shè)的殘留礦柱不進(jìn)行回收，勢必會(huì)降低經(jīng)濟(jì)效益。目前，最為常見的回收殘留礦柱的方法是直接削弱爆破和利用人工礦柱來替換。與直接削弱爆破方式相比，人工礦柱的安裝能夠提高采場的安全性，因?yàn)樵诨厥赵V柱之前，頂板已經(jīng)被人工礦柱支撐。

根據(jù)的承載和變形特性，人工礦柱可分為脆性礦柱、完美的彈塑性礦柱、應(yīng)變軟化礦柱和應(yīng)變硬化礦柱。目前，三類人工礦柱已廣泛應(yīng)用于采礦行業(yè)，而作為“讓壓支護(hù)”系統(tǒng)之一的應(yīng)變硬化礦柱仍處于研發(fā)階段。

除了優(yōu)化人工礦柱的載荷-位移曲線外，支護(hù)體的實(shí)際作用時(shí)機(jī)也是影響支護(hù)效果的一個(gè)關(guān)鍵因素。眾所周知，在架設(shè)人工礦柱支護(hù)體之前，由于采場的采動(dòng)影響，頂板會(huì)形成一定的早期變形量，與此同時(shí)，在人工礦柱的頂部和采場頂板之間通常存在一定的間隙，導(dǎo)致人工礦柱實(shí)際開始承受頂板載荷之前，頂板必然已有了進(jìn)一步變形。為了解決這個(gè)問題并提供盡可能早地支護(hù)，人工礦柱的施工時(shí)間必須減少。然而，對于一種特定的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其施工周期是固定的，例如建造和維護(hù)一座傳統(tǒng)的混凝土礦柱至少需要耗費(fèi)7天時(shí)間。因此，迫切需要開發(fā)可以縮短施工周期的新支護(hù)技術(shù)。

較早地對采場頂板提供支護(hù)的另一種更有效的方法是將“被動(dòng)支護(hù)”改為“主動(dòng)支撐”，“主動(dòng)支撐”可以快速提供預(yù)應(yīng)力，以消除頂板和支護(hù)體之間的間隙，并較早地限制頂板變形。目前，市場上共有五種類型的預(yù)應(yīng)力支撐系統(tǒng)，包括木楔、機(jī)械裝置、充氣橡膠氣囊、灌漿填充袋和水膨脹鋼隔膜，但上述五種類型的預(yù)應(yīng)力支撐系統(tǒng)存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即主動(dòng)支撐力較低，其大約僅在20kN到800kN范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種井下支護(hù)用人工礦柱及架設(shè)方法，可將人工礦柱的建造時(shí)間縮短到數(shù)小時(shí)以內(nèi)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)頂板的主動(dòng)支撐和應(yīng)變硬化承載。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種井下支護(hù)用人工礦柱，包括接頂鋼板、支撐立柱及預(yù)應(yīng)力施加機(jī)構(gòu)；所述接頂鋼板上表面與頂板相接觸，支撐立柱頂端與接頂鋼板下表面插接相連，支撐立柱底端與預(yù)應(yīng)力施加機(jī)構(gòu)頂端插接相連，預(yù)應(yīng)力施加機(jī)構(gòu)放置于底板上。

所述支撐立柱的數(shù)量為5～7根，若干支撐立柱在接頂鋼板與預(yù)應(yīng)力施加機(jī)構(gòu)之間均布設(shè)置。

在所述接頂鋼板下表面焊接有頂板側(cè)插接套管，在預(yù)應(yīng)力施加機(jī)構(gòu)上端固裝有底板側(cè)插接套管，所述支撐立柱頂端與頂板側(cè)插接套管插接配合，支撐立柱底端與底板側(cè)插接套管插接配合。

所述支撐立柱包括頂板側(cè)支撐鋼管和底板側(cè)支撐鋼管，底板側(cè)支撐鋼管套裝在頂板側(cè)支撐鋼管外側(cè)，底板側(cè)支撐鋼管的管體長度小于頂板側(cè)支撐鋼管的管體長度，頂板側(cè)支撐鋼管與底板側(cè)支撐鋼管之間采用間隙配合；所述頂板側(cè)支撐鋼管頂端插接在頂板側(cè)插接套管內(nèi)，底板側(cè)支撐鋼管底端插接在底板側(cè)插接套管內(nèi)。