下向充填采矿法采空区充填体让压加固装置

摘要

本实用新型提供了一种下向充填采矿法采空区充填体让压加固装置，包括设置于采空区中的顶层钢筋网、底层钢筋网和弹性吊筋；顶层钢筋网和底层钢筋网分别设置于采空区的顶板和底板处；弹性吊筋连接于顶层钢筋网和底层钢筋网之间，且弹性吊筋靠近顶层钢筋网的一端设有让压弹簧。本实用新型通过在弹性吊筋靠近顶层钢筋网的一端设置让压弹簧，并将弹性吊筋连接在顶层钢筋网和底层钢筋网之间，当各分层充填假顶沉降量不同时，若上下相邻两假顶相对远离，吊筋两端通过挂钩和焊点与钢筋网连接，以增加连接强度；若上下相邻两假顶相对靠近，可通过弹性吊筋上端的让压弹簧补偿上层假顶下沉量，使上层假顶位移不传递至下层假顶，以增加充填假顶的安全性。

说明书

技术领域

本实用新型涉及矿山开采技术领域，尤其涉及一种下向充填采矿法采空区充填体让压加固装置。

背景技术

近年来，随着金属矿山浅部资源的逐渐枯竭，越来越多的矿山转入深部开采。深部开采的工程技术条件较浅部开采更为恶化，高地应力、高井深、高渗透压力、高开采扰动等“三高一扰动”问题逐渐突出，特别是高地应力带来的深部矿岩破碎问题，制约着深部矿山的安全高效开采。

上向充填采矿法是由下而上开采，开采作业区的顶部直接是上层矿体，由于矿山深部开采过程中，上层矿体因高地应力容易破碎掉落，使工作环境较为危险。下向充填采矿法是自上而下进行开采，在开采下层岩体时，上层岩体已开采并完成充填接顶(采空区在充填之前，在底板铺设钢筋，底层充填体为高灰砂配比的充填料浆，充填料浆凝固后形成具有较高强度的钢筋混凝土假顶)，开采作业区的顶部是钢筋混凝土假顶，而钢筋混凝土假顶强度比岩石高、且不易破碎，因此下向充填采矿法安全性好，被广泛应用于矿山深部开采。

下向充填采矿法比上向充填采矿法安全性高，但下向充填采矿法在对采空区充填时，存在充填体无法完全充满采空区，即充填不接顶的问题。若充填不接顶，则充填体无法与上层充填体形成整体，在分层假顶施工质量较差的情况下，存在充填体整体垮落的重大安全隐患。可见，各分层充填体之间连接的紧密程度是影响下向充填采矿法安全性的重要因素。

为了提高下向充填采矿法的安全性，申请号为CN2015109586963的专利公开了一种基于膏体充填的人工假顶构筑方法，包括进路开挖、梁头开挖、吊筋布置、尾砂充填四步，其中吊筋布置具体为：进路内布筋，分为底筋与吊筋，底筋分为横筋和纵筋，吊筋的下部有弯钩，吊挂并焊接在底筋上，上部通过横拉筋固定。该方法通过吊筋将上下层的充填体连接，在一定程度上提高了假顶的安全性，但是，(1)该方法需要将吊筋两端分别焊接在上下分层底筋上，焊接的接触面小，使底筋和吊筋组成的网格结构的强度偏低；(2)当上层假顶下沉量大于下层假顶时，下沉量通过吊筋累计传递，易造成假顶总下沉量过大，影响自身稳定性；(3)当下层假顶下沉量大于上层假顶时，下层假顶的下沉使下层假顶中的吊筋承受到较大的拉应力，而仅靠焊接方式得到的底筋和吊筋组成的网格结构的强度偏低，容易造成脱焊现象，从而影响充填假顶的整体性，进一步影响其安全性。

有鉴于此，有必要设计一种改进的下向充填采矿法采空区充填体让压加固装置，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种下向充填采矿法采空区充填体让压加固装置，通过在弹性吊筋靠近顶层钢筋网的一端设置让压弹簧，并将弹性吊筋连接在顶层钢筋网和底层钢筋网之间，弹性吊筋靠近顶层钢筋网的一端设有让压弹簧，即位移补偿弹簧，当各分层充填假顶由于施工原因造成沉降量不同时，若上下相邻两假顶相对远离，可通过弹性吊筋两端的挂钩加焊接结构增加连接强度，比单纯焊点连接更加牢固；若上下相邻两假顶相对靠近，可通过弹性吊筋上端的让压弹簧(即位移补偿弹簧)补偿上层假顶下沉量，使上层假顶位移不传递至下层假顶，增加了充填假顶的稳定性，使充填假顶的安全性更好。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种下向充填采矿法采空区充填体让压加固装置，包括设置于采空区中的顶层钢筋网、底层钢筋网和若干根弹性吊筋；所述顶层钢筋网和所述底层钢筋网分别设置于所述采空区的顶板和底板处；若干根所述弹性吊筋连接于所述顶层钢筋网和所述底层钢筋网之间，且所述弹性吊筋靠近所述顶层钢筋网的一端设有让压弹簧。

作为本实用新型的进一步改进，所述让压弹簧的长度为3-6cm，相邻螺旋之间的距离为0.5-1.5cm。

作为本实用新型的进一步改进，所述弹性吊筋的两端均设有挂钩，所述弹性吊筋通过所述挂钩分别与所述顶层钢筋网和所述底层钢筋网连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述弹性吊筋是直径为18-22mm的圆钢。

作为本实用新型的进一步改进，所述顶层钢筋网和所述底层钢筋网均包括纵筋和横筋，所述纵筋和所述横筋交错设置，且所述纵筋位于所述横筋上方，所述纵筋和所述横筋的交点处固定连接，以增加钢筋网的牢固性。

作为本实用新型的进一步改进，所述弹性吊筋的所述挂钩分别挂在所述顶层钢筋网和所述底层钢筋网的所述纵筋和所述横筋的交点处。

作为本实用新型的进一步改进，所述弹性吊筋与所述顶层钢筋网和所述底层钢筋网均保持垂直。

作为本实用新型的进一步改进，相邻的所述弹性吊筋在宽度方向上的间距为0.4-0.8m，在长度方向上的间距为0.6-1.0m。

作为本实用新型的进一步改进，所述顶层钢筋网和所述底层钢筋网的所述横筋的直径为15-17mm，所述纵筋的直径为15-17mm，网格尺寸为纵筋×横筋＝0.2m×0.2m。

作为本实用新型的进一步改进，所述固定连接的方式为捆绑、焊接中的一种。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型利用弹性吊筋将顶层钢筋网和底层钢筋网连接，使各分层的充填假顶连接成整体，避免了单层充填假顶因施工质量等问题造成的充填假顶整体跨落的发生，提高了充填假顶的安全性和稳固性。同时，弹性吊筋靠近顶层钢筋网的一端设有让压弹簧，即位移补偿弹簧，当各分层充填假顶由于施工原因造成沉降量不同时，若上下相邻两假顶相对远离，可通过弹性吊筋两端的挂钩加焊接结构增加连接强度，比单纯焊点连接更加牢固；若上下相邻两假顶相对靠近，可通过弹性吊筋上端的让压弹簧(即位移补偿弹簧)补偿上层假顶下沉量，使上层假顶位移不传递至下层假顶，增加了充填假顶的稳定性，使充填假顶的安全性更好。

(2)本实用新型弹性吊筋的两端均设有挂钩，且弹性吊筋的挂钩挂在纵筋和横筋的交点处，通过纵筋和横筋的共同作用支撑弹性吊筋，受力均匀，且弹性吊筋不容易掉落，安全性好。

附图说明

图1为本实用新型下向充填采矿法采空区充填体让压加固装置的立体结构示意图。

图2为图1中弹性吊筋的立体结构示意图。

图3为图1中A的放大图。

图4为图1中B的放大图。

附图标记

1-顶层钢筋网；2-底层钢筋网；3-弹性吊筋；4-让压弹簧。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1至图4所示，本实用新型提供了一种下向充填采矿法采空区充填体让压加固装置，包括设置于采空区中的顶层钢筋网1、底层钢筋网2和若干根弹性吊筋3。顶层钢筋网1和底层钢筋网2分别设置于采空区的顶板和底板处；若干根弹性吊筋3连接于顶层钢筋网1和底层钢筋网2之间，且弹性吊筋3靠近顶层钢筋网1的一端设有让压弹簧4。如此设置，采场开采后，采场围岩会有一定的应力释放，同时伴随着一定的沉降，在围岩发生变形沉降后，充填假顶会受到围岩的压力，从而发生一定的沉降。弹性吊筋靠近顶层钢筋网的一端设有让压弹簧，即位移补偿弹簧，当各分层充填假顶由于施工原因造成沉降量不同时，若上下相邻两假顶相对靠近，可通过弹性吊筋上端的让压弹簧(即位移补偿弹簧)补偿上层假顶下沉量，使上层假顶位移不传递至下层假顶，增加了充填假顶的稳定性，使充填假顶的安全性更好。同时，弹性吊筋3将顶层钢筋网1和底层钢筋网2连接，本分层的顶层钢筋网1即为上分层的底层钢筋网2，可见通过如此的连接方式可以将各分层的充填假顶连接成整体，进一步提高安全性。

如图1所示，顶层钢筋网1和底层钢筋网2均包括纵筋和横筋，纵筋和横筋交错设置，且纵筋位于横筋上方，纵筋和横筋的交点处固定连接，以增加钢筋网的牢固性。其中，纵筋和横筋交点处固定连接的方式为捆绑、焊接中的一种。钢筋网中，纵筋的直径为15-17mm，优选为HRB335直径16mm的圆钢；横筋的直径为15-17mm，优选为HRB335直径16mm的圆钢；钢筋网的网格尺寸为纵筋×横筋＝0.2m×0.2m。

如图2所示，弹性吊筋3靠近顶层钢筋网1的一端设有让压弹簧4(图1中的让压弹簧4未画出)，让压弹簧4的长度为3-6cm，优选为5cm，相邻螺旋之间的距离为0.5-1.5cm，优选为1cm。若让压弹簧4的长度过长，弹簧的伸长量会增加，对充填假顶的拉伸量会减弱，影响充填假顶的安全性；若让压弹簧4的长度太短，对围岩和上层充填假顶的压力吸收效果差，也会影响充填假顶的安全性。将让压弹簧4设置于靠近顶层钢筋网1的一端，主要是因为，在充填过程中，随着采空区中充填料浆的沉积和凝固，采空区的顶板处必然会有10cm左右的未充填的空区(这种偏差在充填过程中是允许的)，因此，让压弹簧4会裸露出来，而不被充填体包裹，如此，避免了充填体对让压弹簧的束缚。

弹性吊筋3的两端均设有挂钩，弹性吊筋3通过挂钩分别与顶层钢筋网1和底层钢筋网2连接(连接后，再在挂钩和钢筋网的交点处进行焊接)。如此设置，当各分层充填假顶由于施工原因造成沉降量不同时，若上下相邻两假顶相对远离，可通过弹性吊筋两端的挂钩加焊接结构增加连接强度，比单纯焊点连接更加牢固。具体地，如图3和图4所示，弹性吊筋3的挂钩分别挂在顶层钢筋网1和底层钢筋网2的纵筋和横筋的交点处。如此设置，首先，挂钩的设置可以直接将弹性吊筋3挂在顶层钢筋网1和底层钢筋网2上，免去了焊接工序，减少工作量，提高充填接顶的效率；其次，将弹性吊筋3的挂钩挂在纵筋和横筋的交点处，通过纵筋和横筋的共同作用支撑弹性吊筋3，受力均匀，且弹性吊筋3不容易掉落。

弹性吊筋3是直径为18-22mm的圆钢，优选为HRB335直径20mm的圆钢。

弹性吊筋3与顶层钢筋网1和底层钢筋网2均保持垂直。相邻的弹性吊筋3在宽度方向上的间距为0.4-0.8m，在长度方向上的间距为0.6-1.0m，在实际工作中，钢筋网的网格的尺寸、相邻弹性吊筋3的间距可以根据实际情况自由调整。

在本实施例中，用下向充填采矿法对某地下金属矿山进行开采，通过以下步骤实现采空区充填体让压加固：

S1.在充填采空区之前，在采空区中铺设底层钢筋网2，不用铺设顶层钢筋网1，本分层的顶层钢筋网1即为上分层的底层钢筋网2，即顶层钢筋网1是在上分层采空区充填前铺设的)。

S2.根据预设的距离，分别将弹性吊筋3的两端通过挂钩挂在顶层钢筋网1和底层钢筋网2的纵筋和横筋的交点处(顶层钢筋网1可能会被上分层的充填体包裹，在开采下分层用炸药爆破时，会将一部分充填体震落，使顶层钢筋网1暴露出来，方便弹性吊筋3的悬挂)。

S3.充填采空区，以形成下一分层的充填假顶。在采空区充填后即可将各分层的充填假顶连接成整体。随着采场向深部回采层数增多，可以将多层充填假顶进行连接，这种连接成一体的充填假顶具有更好的稳固性，避免了单层充填假顶因施工质量等问题造成的充填假顶整体跨落的发生。

综上所述，本实用新型提供了一种下向充填采矿法采空区充填体让压加固装置，通过在弹性吊筋靠近顶层钢筋网的一端设置让压弹簧，并将弹性吊筋连接在顶层钢筋网和底层钢筋网之间，弹性吊筋靠近顶层钢筋网的一端设有让压弹簧，即位移补偿弹簧，当各分层充填假顶由于施工原因造成沉降量不同时，若上下相邻两假顶相对远离，可通过弹性吊筋两端的挂钩加焊接结构增加连接强度，比单纯焊点连接更加牢固；若上下相邻两假顶相对靠近，可通过弹性吊筋上端的让压弹簧(即位移补偿弹簧)补偿上层假顶下沉量，使上层假顶位移不传递至下层假顶，增加了充填假顶的稳定性，使充填假顶的安全性更好；同时，利用弹性吊筋将顶层钢筋网和底层钢筋网连接，使各分层的充填假顶连接成整体，避免了单层充填假顶因施工质量等问题造成的充填假顶整体跨落的发生，提高了充填假顶的安全性和稳固性。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。