[發(fā)明專利]黃土間柱與預(yù)留薄條帶礦柱的地下支撐系統(tǒng)及施工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011046608.X
• 申請(qǐng)日: 2020-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN112228072B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜立春;沈彬彬;謝波;劉繼平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué);山西森澤能源科技集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): E21C41/22
• 分類號(hào): E21C41/22;E21F15/06;E21D15/48
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了黃土間柱與預(yù)留薄條帶礦柱的地下支撐系統(tǒng)及施工方法，包括若干個(gè)相互獨(dú)立的盤區(qū)，每個(gè)盤區(qū)采用條帶式開采，每n個(gè)條帶為一個(gè)循環(huán)作業(yè)單元，每個(gè)條帶設(shè)置有采空區(qū)和預(yù)留薄條帶礦柱；每個(gè)條帶的采空區(qū)再劃分成若干個(gè)充填作業(yè)子單元；所述采空區(qū)內(nèi)布置若個(gè)黃土間柱，每個(gè)黃土間柱由若干黃土袋疊放而成；相鄰兩條帶采空區(qū)的黃土間柱錯(cuò)位布置，形成錯(cuò)位框架結(jié)構(gòu)；預(yù)留薄條帶礦柱和若干黃土間柱之間的封閉空間填充廢石，主要起支撐采場周圍巖體，以減輕采場圍巖的變形和片落的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地下礦山災(zāi)害防治和資源開采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及黃土間柱與預(yù)留薄條帶礦柱的地下支撐系統(tǒng)及施工方法。

背景技術(shù)

黃土高原地表溝壑縱橫密布，黃土層厚度約為50-60m以上，黃土資源豐富。山西沉積型鋁土礦巖(土)層由上至下依次為黃土、灰?guī)r、硬質(zhì)黏土、鋁土礦、奧陶系灰?guī)r。礦體空間形態(tài)劇烈起伏，整體呈似層狀、漏斗狀產(chǎn)出，平均厚度小于3.0m。礦體直接頂板為硬質(zhì)黏土，二者界線不明顯。在地下開采方式中最為普遍的開采方法為專利CN86100824《幾種房柱聯(lián)合采礦方法》中所描述的房柱空?qǐng)龇āＤ壳霸摴に嚪椒ㄋm用的采空區(qū)采場高度約為3.0m，寬度約為4.0m，廢石產(chǎn)出量大。預(yù)留點(diǎn)柱長*寬約為5.0*4.0m。

目前此工藝方法采空區(qū)不進(jìn)行充填，掘進(jìn)回采的廢石直接外排地表堆放，污染地表環(huán)境。硬質(zhì)黏土層抗壓抗剪強(qiáng)度極低，揭露后極易風(fēng)化膨脹，無力承載上部60～80m的覆巖(土)重力荷載。為了防止3個(gè)月開采期內(nèi)采空區(qū)頂板垮塌，礦山原來普遍采用預(yù)留0.5m厚度的鋁土礦體作為護(hù)頂層，與預(yù)留鋁土礦點(diǎn)柱一起，形成預(yù)留護(hù)頂層與預(yù)留點(diǎn)柱支撐系統(tǒng)。采空區(qū)形成3個(gè)月后，硬質(zhì)黏土風(fēng)化膨脹，鋁土礦護(hù)頂層受擠壓坍塌，在上覆巖(土)重力作用下預(yù)留點(diǎn)柱變形失穩(wěn)，支撐系統(tǒng)破壞，采空區(qū)垮塌，誘發(fā)地表大面積塌陷，造成嚴(yán)重工程地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，護(hù)頂層與點(diǎn)柱支撐系統(tǒng)的鋁土礦回采率不足30％-40％，造成礦石資源浪費(fèi)嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出一種袋裝黃土人工間柱與預(yù)留薄條帶礦柱一起，形成一種地下采空區(qū)的框架結(jié)構(gòu)地下支撐系統(tǒng)。

本發(fā)明至少通過如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。

黃土間柱與預(yù)留薄條帶礦柱的地下支撐系統(tǒng)，包括若干個(gè)相互獨(dú)立的盤區(qū)，每個(gè)盤區(qū)采用條帶式開采，每個(gè)條帶設(shè)置有采空區(qū)和預(yù)留薄條帶礦柱；

每個(gè)條帶的采空區(qū)再劃分成若干個(gè)充填作業(yè)子單元；所述采空區(qū)內(nèi)布置若干個(gè)黃土間柱，每個(gè)黃土間柱由若干黃土袋疊放而成；相鄰兩條帶采空區(qū)的黃土間柱錯(cuò)位布置，形成錯(cuò)位框架結(jié)構(gòu)；

所述預(yù)留薄條帶礦柱和所述若干黃土間柱之間的封閉空間填充廢石，主要起支撐采場周圍巖體，以減輕采場圍巖的變形和片落的作用。

優(yōu)選的，所述每個(gè)黃土袋由地表黃土自溜下放至地下，利用人工或機(jī)械灌裝封口。

優(yōu)選的，所述黃土間柱縱截面面呈梯形，頂端寬度為5.0-8.0m。

優(yōu)選的，所述空區(qū)內(nèi)部坡面角為30-35°。

優(yōu)選的，每個(gè)盤區(qū)之間設(shè)有臨近運(yùn)輸巷道和穿脈巷道。

優(yōu)選的，所述所述臨近運(yùn)輸巷道坡面角為80-90°。

優(yōu)選的，所述預(yù)留薄條帶礦柱主要分布于所述采空區(qū)兩側(cè)，在廢石充填的三軸壓力作用下，主要起支撐采空區(qū)穩(wěn)定性作用。

優(yōu)選的，所述預(yù)留薄條帶礦柱小于1.0m，同時(shí)不預(yù)留鋁土礦護(hù)頂層。

所述的黃土間柱與預(yù)留薄條帶礦柱的地下支撐系統(tǒng)的施工方法，包括以下步驟：

步驟a、將獨(dú)立盤區(qū)劃分為若干個(gè)相互獨(dú)立的盤區(qū)，每個(gè)盤區(qū)內(nèi)部進(jìn)行條帶式回采，每n個(gè)條帶為一個(gè)作業(yè)單元，每個(gè)條帶包括采空區(qū)和預(yù)留薄條帶礦柱；每個(gè)條帶采空區(qū)再細(xì)小分成多個(gè)充填作業(yè)子單元，采空區(qū)不留鋁土礦護(hù)頂層；