本發(fā)明屬于礦山充填，具體涉及一種礦房采空區(qū)端部柔性充填增強(qiáng)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、大直徑深孔嗣后充填采礦法因具有生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)在傾斜或急傾斜礦體開采中應(yīng)用較為廣泛。大直徑深孔嗣后充填采礦法將礦體劃分為一步驟采場和二步驟采場，一步驟采場開采結(jié)束進(jìn)行充填后，再進(jìn)行二步驟采場開采。但在開采二部驟采場時(shí)，由于二步驟采場開采造成一步驟采場側(cè)幫暴露，一步驟礦房充填體會(huì)出現(xiàn)垮塌的問題，致使二步驟采場出現(xiàn)礦石貧化率增加、品味降低的問題，嚴(yán)重影響礦山經(jīng)濟(jì)效益。

2、在實(shí)際生產(chǎn)過程中，對于礦房中充填體強(qiáng)度不夠的情況，常采用提升充填料漿濃度或在一、二步驟采場之間留設(shè)3～6m間柱的方法。提升充填料漿濃度通過降低充填料漿的含水量和提升水泥、尾砂使用量來實(shí)現(xiàn)。雖然這種方法能有效提高充填體強(qiáng)度，但是高濃度充填料漿的制備需提升水泥使用量，增加了充填成本，同時(shí)輸送高濃度充填料漿對泵送設(shè)備的要求相對較高。通過在一、二步驟采場間留設(shè)間柱的方法雖然對充填成本的提升沒有影響，但是留設(shè)的礦柱一般作為永久損失，降低了礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種礦房采空區(qū)端部柔性充填增強(qiáng)裝置及方法，它既能有效控制充填成本的提升，保障礦山的經(jīng)濟(jì)效益，又能確保一步驟采場兩側(cè)充填體不向二步驟礦房垮落，降低礦石貧化率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種礦房采空區(qū)端部柔性充填增強(qiáng)裝置，包括兩根導(dǎo)軌、懸掛件、導(dǎo)輪、牽引裝置，所述兩根導(dǎo)軌分別安裝在上部硐室相對的兩個(gè)側(cè)壁上，所述懸掛件兩端設(shè)有導(dǎo)輪，所述導(dǎo)輪安裝在導(dǎo)軌上，所述懸掛件上懸掛有柔性材料，所述牽引裝置安裝在上部硐室旁邊的鑿巖聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，牽動(dòng)多個(gè)懸掛件與柔性材料沿導(dǎo)軌滑動(dòng)。

4、進(jìn)一步的，所述柔性材料為草繩、麻繩、尼龍繩、碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、玄武巖纖維中的任一種；選用的柔性材料應(yīng)滿足單軸抗拉強(qiáng)度大于等于5mpa、彈性模量大于等于10kpa；柔性材料的總長度大于等于懸掛件相對于采空區(qū)底部的高度h，總長度優(yōu)選為h+1m。

5、進(jìn)一步的，所述柔性材料呈條狀或網(wǎng)狀布置；呈條狀布置時(shí)，柔性材料的橫向間距為0.3m-1.5m，優(yōu)選為0.8m；呈網(wǎng)狀布置時(shí)，柔性材料的網(wǎng)度為0.3m×0.3m-1.5m×1.5m，優(yōu)選為0.8m×0.8m，柔性材料橫向間距或者網(wǎng)度的選擇需根據(jù)所選柔性材料的類型確定，性能好的柔性材料，可以選擇較大的橫向間距或者網(wǎng)度。

6、進(jìn)一步的，所述牽引裝置包括牽引電機(jī)、牽引繩，所述牽引電機(jī)安裝在上部硐室旁邊的鑿巖聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，所述牽引電機(jī)設(shè)有牽引繩與每一個(gè)懸掛件連接，所述牽引繩可采用鋼絲繩。

7、進(jìn)一步的，所述牽引電機(jī)采用兩臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的電機(jī)，分別安裝在上部硐室旁邊相對的兩個(gè)鑿巖聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，安裝在鑿巖聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)的牽引電機(jī)能夠?yàn)閼覓旒刂鴮?dǎo)軌滑動(dòng)提供動(dòng)力，兩臺(tái)轉(zhuǎn)向相反的電機(jī)為的是能讓懸掛件可以自由地沿著導(dǎo)軌前進(jìn)和后退，便于牽引懸掛件與柔性材料抵達(dá)設(shè)計(jì)位置。

8、進(jìn)一步的，所述懸掛件可采用鐵棒、不銹鋼棒、鋁合金棒中的一種，直徑為15-40mm，優(yōu)選為20mm，所述不銹鋼棒可采用201#不銹鋼、316#不銹鋼、304#不銹鋼中的一種。

9、進(jìn)一步的，所述導(dǎo)軌與上部硐室底板的距離為0.5-2.5m，優(yōu)選為2m，減少礦房回采作業(yè)爆破產(chǎn)生的飛石對導(dǎo)軌產(chǎn)生損壞。

10、進(jìn)一步的，相鄰所述懸掛件的縱向間距為0.5m-1.5m，優(yōu)選為0.8m。

11、進(jìn)一步的，所述懸掛件的安裝范圍為礦房采空區(qū)端部距側(cè)幫3m-6m的區(qū)域。

12、第二方面，本發(fā)明還提供一種礦房采空區(qū)端部柔性充填增強(qiáng)方法，包括如下步驟：

13、步驟一，礦房回采前，在礦房上部硐室相對的兩個(gè)側(cè)壁上各安裝一根導(dǎo)軌，在上部硐室旁邊的鑿巖聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)安裝牽引裝置；

14、步驟二，待礦房回采結(jié)束后，在鑿巖聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)將柔性材料安裝在懸掛件上，再將每一個(gè)懸掛件通過其兩端的導(dǎo)輪安裝在兩根導(dǎo)軌上，將牽引裝置中的牽引繩與每一根懸掛件連接，通過牽引裝置牽動(dòng)柔性材料隨懸掛件一起沿導(dǎo)軌滑動(dòng)至礦房采空區(qū)的端部，進(jìn)行礦房采空區(qū)充填，柔性材料與采空區(qū)端部的普通充填體構(gòu)成柔性增強(qiáng)充填體；

15、當(dāng)充填高度與導(dǎo)軌的距離小于等于3m時(shí)，停止充填作業(yè)，對充填體進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，剪斷柔性材料，拆除導(dǎo)軌、懸掛件、牽引裝置，然后完成礦房剩余采空區(qū)充填；優(yōu)選充填高度與礦房高度平齊。

16、進(jìn)一步的，在礦房采空區(qū)端部普通充填體內(nèi)添加柔性材料后得到的柔性充填增強(qiáng)體的28天單軸抗壓強(qiáng)度大于等于3mpa，所需柔性充填增強(qiáng)體的28天單軸抗壓強(qiáng)度隨礦房采空區(qū)側(cè)暴露面積增大而增大。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

18、1)本發(fā)明公開的一種礦房采空區(qū)端部柔性充填增強(qiáng)裝置及方法，由于在礦房采空區(qū)端部原有普通充填體內(nèi)添加了柔性材料作為豎向骨架，形成了柔性增強(qiáng)充填體，于是在礦房采空區(qū)內(nèi)形成了由普通充填體和柔性增強(qiáng)充填體組成的復(fù)合充填體，柔性增強(qiáng)充填體相比于普通充填體的強(qiáng)度有較大提升，能夠有效阻止一步驟采場側(cè)幫充填體向二步驟采場垮落，實(shí)現(xiàn)一步驟礦房端部充填體強(qiáng)度增強(qiáng)，可降低二步驟采場礦石貧化率，保證二步驟采場礦石品味，提高礦山經(jīng)濟(jì)效益。

19、2)礦房采空區(qū)中懸吊的柔性材料為草繩、麻繩、碳纖維、玄武巖纖維等材料，材料原料具有來源廣泛、購置成本低的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，通過牽引電機(jī)帶動(dòng)柔性材料隨懸掛件沿導(dǎo)軌移動(dòng)至礦房采空區(qū)端部的待加固區(qū)域，自動(dòng)化程度高。充填距離礦房頂3m處時(shí)，停止作業(yè)并養(yǎng)護(hù)達(dá)指定強(qiáng)度后，可拆除導(dǎo)軌、懸掛件、牽引裝置，實(shí)現(xiàn)裝置的可回收利用；因此，柔性充填增強(qiáng)的作業(yè)成本較低。

技術(shù)特征：

1.一種礦房采空區(qū)端部柔性充填增強(qiáng)裝置，其特征在于：包括兩根導(dǎo)軌、懸掛件、導(dǎo)輪、牽引裝置，所述兩根導(dǎo)軌分別安裝在上部硐室相對的兩個(gè)側(cè)壁上，所述懸掛件兩端設(shè)有導(dǎo)輪，所述導(dǎo)輪安裝在導(dǎo)軌上，所述懸掛件上懸掛有柔性材料，所述牽引裝置安裝在上部硐室旁邊的鑿巖聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，牽動(dòng)多個(gè)懸掛件與柔性材料沿導(dǎo)軌滑動(dòng)。

2.如權(quán)利要求1所述的柔性充填增強(qiáng)裝置，其特征在于：所述柔性材料為草繩、麻繩、尼龍繩、碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維、玄武巖纖維中的任一種；柔性材料的單軸抗拉強(qiáng)度大于等于5mpa、彈性模量大于等于10kpa；柔性材料的總長度大于等于懸掛件相對于采空區(qū)底部的高度。

3.如權(quán)利要求2所述的柔性充填增強(qiáng)裝置，其特征在于：所述柔性材料呈條狀或網(wǎng)狀布置；呈條狀布置時(shí)，柔性材料的橫向間距為0.3m-1.5m；呈網(wǎng)狀布置時(shí)，柔性材料的網(wǎng)度為0.3m×0.3m-1.5m×1.5m。

4.如權(quán)利要求1所述的柔性充填增強(qiáng)裝置，其特征在于：所述牽引裝置包括牽引電機(jī)、牽引繩，所述牽引電機(jī)安裝在上部硐室旁邊的鑿巖聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，所述牽引電機(jī)設(shè)有牽引繩與每一個(gè)懸掛件連接。

5.如權(quán)利要求4所述的柔性充填增強(qiáng)裝置，其特征在于：所述牽引電機(jī)采用兩臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的電機(jī)，分別安裝在上部硐室旁邊相對的兩個(gè)鑿巖聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)。

6.如權(quán)利要求1所述的柔性充填增強(qiáng)裝置，其特征在于：所述導(dǎo)軌與上部硐室底板的距離為0.5-2.5m。

7.如權(quán)利要求1所述的柔性充填增強(qiáng)裝置，其特征在于：所述懸掛件采用鐵棒、不銹鋼棒、鋁合金棒中的一種，直徑為15-40mm，所述不銹鋼棒采用201#不銹鋼、316#不銹鋼、304#不銹鋼中的一種。

8.如權(quán)利要求1所述的柔性充填增強(qiáng)裝置，其特征在于：所述懸掛件的安裝范圍為礦房采空區(qū)端部距側(cè)幫3-6m的區(qū)域；相鄰懸掛件的縱向間距為0.5-1.5m。

9.一種使用如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述柔性充填增強(qiáng)裝置進(jìn)行礦房采空區(qū)端部柔性充填增強(qiáng)的方法，其特征在于：包括如下步驟：

10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于：所述柔性充填增強(qiáng)體的28天單軸抗壓強(qiáng)度大于等于3mpa。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于礦山充填技術(shù)領(lǐng)域，提出一種礦房采空區(qū)端部柔性充填增強(qiáng)裝置及方法，該裝置包括兩根導(dǎo)軌、懸掛件、導(dǎo)輪、牽引裝置，兩根導(dǎo)軌分別安裝在上部硐室相對的兩個(gè)側(cè)壁上，懸掛件兩端設(shè)有導(dǎo)輪，導(dǎo)輪安裝在導(dǎo)軌上，懸掛件上懸掛有柔性材料，牽引裝置安裝在鑿巖聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)，牽引繩與每一個(gè)懸掛件連接；礦房回采結(jié)束后，懸掛柔性材料至采空區(qū)內(nèi)并通過牽引裝置牽動(dòng)柔性材料隨多個(gè)懸掛件一起沿導(dǎo)軌滑動(dòng)至礦房采空區(qū)端部，然后進(jìn)行礦房采空區(qū)充填，柔性材料與采空區(qū)端部普通充填體形成柔性增強(qiáng)充填體。本發(fā)明能提高一步驟礦房端部充填體強(qiáng)度，有效阻止一步驟礦房側(cè)幫充填體垮落，降低二步驟礦房的貧化率和廢石混入率，提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)研發(fā)人員：陳新,蔣忠濤,支偉,邱賢陽,羅俊森,史秀志,陳智雄,李澤宇,劉軍,王遠(yuǎn)來,陳秋松
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21