[发明专利]一种地采矿山快捷低成本人工假顶构筑方法

说明书

技术领域

本发明属于采矿技术领域，涉及一种地采矿山快捷低成本人工假顶构筑方法，应用于矿山下向充填采矿法初始分层的制作与极破碎矿体的护顶层构筑，通过构筑人工假顶防护结构，实现对矿体的安全高效回采。

技术背景

在地下矿山工程中，人工假顶是使用工程复合材料构筑成的人工顶板防护结构，用于承受上部破碎矿岩或充填体荷载，从而保证人工假顶下部作业人员的安全。在使用人工再造环境法、下向分段充填法以及崩落法等方法对矿岩破碎矿体进行开采过程中，均需构筑人工假顶防护式结构。在国内外人工假顶构筑方法中，多参考类似工程或经验进行构筑，由于地下条件复杂且不稳定地质因素难以把握，往往构筑强度不尽合理，不符合矿山实际要求，或者构筑成本过高。

如CN102587915A公开的“人工假顶下诱导崩落采矿法”，是在采场顶板直接安装1～2层钢管桩并添加钢筋网后注浆进行人工假顶构筑，其中钢管桩安装工艺复杂，钢材消耗量大，人工假顶造价偏高，且人工假顶构筑方法与配筋等均参考设计手册，构筑科学性与合理性较差，难以达到合理承载要求及低成本构筑目标。又如CN102305074A公开的“一种带钢混结构人工假顶的平底结构有底柱分段崩落法”，其中人工假顶由底部底层型钢支托和上层的菱形钢筋网和混凝土浇灌层组成，底层型钢与上层钢筋网进行焊接，工艺复杂，且其下部的型钢承载强度缺乏理论分析，承载强度不尽合理，且型钢成本较高，构筑成本相对较高。在下向进路充填法或下向分层充填法人工假顶构筑中，由于空区高度不大，承载强度要求较小，按经验法进行构筑也相对容易实现。但在下向分段充填法人工假顶构筑中，由于空区高度增加，人工假顶需在高荷载下保持稳定可靠，相关工程经验与理论分析缺乏，传统方法不尽合理。

发明内容

本发明的目的是针对国内外地下矿山人工假顶构筑过程复杂、承载强度不符合实际要求以及构筑成本较高、时间长等技术问题，提供了一种承载强度合理、低成本且施工工艺快捷、高效的人工假顶构筑方法。

本发明的目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种地采矿山的快捷低成本人工假顶构筑方法，是针对矿岩极端破碎的开采条件，使用下向胶结充填采矿法，预先构筑人工假顶形成安全保护层的情况；依据矿山实际，结合斜拉承载原理、弹性力学理论等，得到锚索、锚杆及钢筋混凝土集成的高强度板块结构，为继续开采提供安全经济的人工假顶结构；包括如下步骤：

（1）借助弹性力学理论，提供人工假顶合理承载强度与相关参数；

（2）对破碎矿岩采用锚网快速支护，在巷道底板预留碎矿垫层并铺盖隔水薄膜，在巷道二侧及顶板进行锚索、锚杆施工，铺设一定长度、端部有弯钩状的钢筋，用吊筋将锚索、锚杆连结一起；

（3）靠下盘一侧外露的锚索同时与上盘横主筋绞接，形成斜拉承载；

（4）钢筋铺设好后，再铺设一层金属网；

（5）一次性浇注混凝土，形成由锚索、锚杆悬吊的内置钢筋、金属网的厚度为500mm～1000mm的钢混人工假顶结构。

所述人工假顶承载强度是通过理论分析与推导所得，并通过锚索、锚杆悬吊，内置钢筋与金属网，使用吊筋连接于一体，浇灌混凝土构筑而成。分析与推导所得承载强度为人工假顶的合理承载强度。

所述人工假顶中混凝土强度等级为C20～C25，人工假顶经济厚度为500～1000mm。该人工假顶经济厚度是经数学解析方法推导所得。

所述巷道底板预留厚度为100～200mm的碎矿垫层，减弱下分段炮孔爆破震动对人工假顶的影响，并铺盖隔水薄膜防止混凝土浆液渗透至碎矿中胶结碎矿，利于碎矿回收。

所述锚索、锚杆均与横主筋连接，则锚索与锚杆间距根据配筋设计定为0.2～0.4m，锚索、锚杆施工位置距巷道底板分别为1～1.5m与0.3～0.6m；根据上下盘围岩条件，上盘锚索长4～6m，下盘锚索深入围岩段3～4m，锚索外露段长度大于巷道宽度，以便与上盘横主筋绞接。

所述钢筋网由横主筋和纵筋组成，钢筋网距碎矿垫层5～10cm高度，确保钢筋网被混凝土包裹；所述的吊筋将钢筋网与锚索、锚杆连接于一体；铺设金属网代替辅筋，提高人工假顶整体强度；人工假顶厚度超过0.5m，则在第一层钢筋网上部10cm处再铺设一层钢筋网；所述的下盘外露段锚索与上盘横主筋绞接，形成斜拉承载，防止上盘一侧人工假顶失稳。

所述人工假顶现场一次性浇筑混凝土完毕，并达到经济厚度值，完成人工假顶构筑施工，或使用井下混凝土输送泵进行浇筑作业，提高人工假顶构筑效率。