一种地下工程人工支柱的构筑方法技术

本发明专利技术涉及地下工程支护技术领域，具体涉及一种地下工程人工支柱构筑方法。本发明专利技术所述的地下工程人工支柱的构筑方法，包括人工支柱的承载结构一体浇筑成型方法，通过掘进所需规格的天井，构筑成一体浇筑成型的钢筋混凝土承载结构；通过锚杆分别将底板围岩、承载结构、自膨胀装置和顶板围岩依次连接在一起，增强了人工支柱与围岩的整体性。从而提高了人工支柱的承压和抗剪能力，同时自膨胀接顶结构实现了人工支柱整体有效、主动支撑顶板围岩的目的。

A construction method of artificial support for underground engineering

【技术实现步骤摘要】
一种地下工程人工支柱的构筑方法
本专利技术涉及人工支护
，特别是涉及地下工程人工支护

技术介绍
目前，开采水平及缓倾斜中厚矿体的常用采矿方法是房柱法。房柱法开采过程中，为了保持采场的稳定性，通常需要留设原生矿柱对采场顶板进行支撑，留设的原生矿柱通常不进行回收或者是在矿山生产末期进行统一回收，但回收率低，损失贫化率高，导致了矿石的大量损失，不利于矿产资源保护；并且原生矿柱中普遍存在层理、节理、裂隙等天然弱面，在地应力的作用和开采爆破扰动下，原生矿柱迅速产生片落等现象，尺寸缩小，支撑能力减弱，使得原生矿柱对采场顶板的支护作用削弱甚至失效；随着开采深度的增大，深部采场地压现象更加明显，如继续采用传统的房柱法进行开采，势必要留设更多尺寸更大的原生矿柱来支撑采场，进一步劣化了矿石的回收指标。针对房柱法开采过程中出现的问题，可以通过构筑人工矿柱的方式替代原生矿柱，从而减少矿石损失，提高矿柱强度的方法来解决。通过查阅相关文献资料可知，韦立坚提出的《一种形成人工矿柱的方法及相应的采矿方法》中，人工矿柱形成后没有任何接顶措施，人工矿柱顶部与采场顶板之间存在一定空间，需等待顶板变形沉降后，矿柱才能被动承载，影响了人工矿柱的支撑效果；同时，该方法中人工矿柱的构筑主要是采用水泥砂浆砌筑井下废石的方法，受施工工艺限制，这类方法构筑的人工矿柱高度有限，一般不超过3m，对超过该高度的房柱法采场，存在高空作业安全隐患、施工工艺复杂等问题，很难满足水平及缓倾斜中厚矿体采场以及地下大型工程人工矿柱的构筑需要。公告号为CN103161467B的中国专利技术专利公开了一种水平中厚矿体厢式充填采矿方法，该采矿方法中通过沿底板两侧铺设钢丝网，然后在钢丝网中填充废石，向钢丝网内侧输送混凝土形成人工支柱，单层人工支柱的高度为3m，通过构筑多层人工支柱接近矿层顶板，最后在通道两侧支模板封堵，浇筑混凝土接顶，构筑成最终的人工支柱。该人工支柱虽然实现了人工支柱与矿层顶板的完全接顶，但只是用混凝土将人工支柱与矿层顶板胶结在一起，其本身对矿层顶板并没有产生主动的支撑力。公告号为CN105422146B的中国专利技术专利公开了一种地下采场人工点柱膨胀接顶装置及构造方法，实现了人工点柱与矿层顶板的有效主动接顶。该专利的膨胀接顶装置没有与人工点柱有效固定，组合成的人工矿柱存在抗剪切能力差的问题。从上述方案可知，现行构筑人工矿柱的方法存在的最为突出的问题为：尺寸大高度高的人工矿柱一体浇筑成型施工困难、整体人工矿柱没有实现与矿层顶板的主动有效接顶。除此之外，还存在人工矿柱强度难以保证、整体性较差等缺点。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的大型人工矿柱一体成型困难、无法实现高矿柱空间支撑、以及矿柱强度低的问题，本专利技术提供一种人工支柱承载结构一体浇筑成型的方法以及相应的人工支柱的结构及构筑方法，以达到施工工艺简单、成本低廉、稳定性强、可靠度高且能适于主动有效支撑采场顶板的地下工程大型人工支柱的构筑方法。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种地下工程人工支柱承载结构一体浇筑成型的方法，挖掘形成与承载结构规格相匹配的天井；沿井壁布设钢筋网，并在所述天井的底板安装若干锚杆；向天井内浇筑混凝土，构筑人工支柱的钢筋混凝土承载结构。所述的挖掘形成与承载结构规格相匹配的天井，是根据人工支柱的尺寸规格，开采介于底板切割巷道和顶板切割巷道之间人工支柱范围内的矿石，形成所需规格的天井空间。所述的钢筋网包括纵筋和圈筋，并沿天井轴向焊接若干加劲箍。所述的安装于底板的锚杆，部分插入底板，并将剩余出露部分与天井内承载结构的钢筋连接到一起。所述的混凝土承载结构的浇筑过程中，每浇筑一定高度后进行振动捣实。一种地下工程人工支柱，包括一体浇筑成型的承载结构和与所述承载结构固定连接的自膨胀接顶结构，所述自膨胀接顶结构包括自膨胀装置、下锚杆组件和上锚杆组件；所述下锚杆组件用于将自膨胀装置固定安装在所述承载结构的顶端；所述上锚杆组件用于将自膨胀装置与天井顶板固定连接；所述自膨胀装置借助于自身沿高度方向的膨胀抵顶所述承载结构和所述天井顶板。所述的自膨胀接顶结构包括多个膨胀装置，并矩阵式或环形分布在所述一体浇筑成型的承载结构的顶端。所述的一体浇筑成型的承载结构的高度适于任意地下工程空间的高度。所述地下工程人工支柱的构筑方法，包括以下步骤：步骤1：一体浇筑成型所述承载结构，使所述承载结构的顶端与天井顶板间隔一定距离，所述距离大于所述自膨胀装置的初始高度并小于所述自膨胀装置膨胀后的高度；步骤2：在所述承载结构的顶端设置所述下锚杆组件，并借助于所述下锚杆组件将自膨胀接顶结构的自膨胀装置与所述承载结构的顶端固定连接；步骤3：在所述自膨胀接顶结构的自膨胀装置膨胀接顶后，使预先设置在天井顶板中的上锚杆组件与所述自膨胀装置固定连接。所述的预先设置于天井顶板的上锚杆组件，仅出露可用于与接顶后的自膨胀装置固定连接的长度，其余部分插入顶板。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用在采场开采前在矿体中挖掘出空心柱状天井采用天井成柱的方法，解决了构筑地下工程一体成型的大型人工支柱的工艺困难，实现了地下工程大型人工支柱的构筑，人工支柱的高度能够达到8米以上，甚至10米-20米；2、本专利技术采用钢筋混凝土矿柱代替原生矿柱，保证了人工支柱的强度，这种强度保证了能够使用锚杆将人工支柱的自膨胀装置、承载结构与顶、底板围岩连接在一起，增强了人工支柱与围岩的整体性，提高了人工支柱的承压和抗剪能力，最终达到对8米以上甚至10米-20米地下空间的可靠支撑；3、本专利技术利用自膨胀装置实现了人工支柱有效、快速接顶，简化了接顶工艺，达到了主动支撑顶板围岩的目的；4、本专利技术施工工艺简单，其中承载结构构筑可使用现有混凝土浇筑工艺，膨胀装置结构简单，人工支柱构筑成本低廉。附图说明图1为：本专利技术的一种地下工程人工支柱的示意图；图2为：本专利技术的一种地下工程人工支柱构筑方法接顶空间放大图。【附图标记说明】1：顶板围岩；2：顶板切割巷道；3：钢筋网；4：矿体；5：加筋箍；6：承载结构；7：底板切割巷道；8：底部锚杆；9：底板围岩；10：上锚杆组件；11：自膨胀装置；12：下锚杆组件。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。以下将以地下采场为例对人工支柱及其本身和承载结构的构筑方法进行详细描述。可以理解是，本专利技术的人工支柱并不仅仅可以用于地下采场，因此关于地下采场的描述并不构成对本专利技术的限定，本领域技术人员可以将地下采场相关的技术特征理解为其他地下工程的相应特征。如图1所示，本专利技术的地下工程人工支柱包括一体浇筑成型的承载结构6和自膨胀接顶结构10、11、12。这种人工支柱的构筑方法主要包括承载结构一体浇筑成型和安装膨胀接顶结构两个步骤：1、一体化浇筑成型人工支柱承载结构形成天井空间：使用掘进天井的方法，回采由底板切割巷道7向上至顶板切割巷道2人工支柱范围内的矿石，形成与人工支柱承载结构6规格相匹配的天井空间。可以理解的是，本实施例虽然采用从底板切割巷道7向上至顶板切割巷道2的优选采掘方式，从顶板切割巷道2到底板切割巷道7的采掘也是可行的，因此本专利技术并不限定采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下工程人工支柱承载结构一体浇筑成型的方法，其特征在于，挖掘形成与承载结构规格相匹配的天井；沿井壁布设钢筋网，并在所述天井的底板安装若干锚杆；向天井内浇筑混凝土，构筑人工支柱的钢筋混凝土承载结构。

【技术特征摘要】
1.一种地下工程人工支柱承载结构一体浇筑成型的方法，其特征在于，挖掘形成与承载结构规格相匹配的天井；沿井壁布设钢筋网，并在所述天井的底板安装若干锚杆；向天井内浇筑混凝土，构筑人工支柱的钢筋混凝土承载结构。2.如权利要求1所述的一种地下工程人工支柱承载结构一体浇筑成型的方法，其特征在于，所述的挖掘形成与承载结构规格相匹配的天井，是根据人工支柱的尺寸规格，开采介于底板切割巷道和顶板切割巷道之间人工支柱范围内的岩石，形成所需规格的天井空间。3.如权利要求1所述的一种地下工程人工支柱承载结构一体浇筑成型的方法，其特征在于，所述的钢筋网包括纵筋和圈筋，并沿天井轴向焊接若干加劲箍。4.如权利要求1所述的一种地下工程人工支柱的承载结构一体浇筑成型的方法，其特征在于，所述的安装于底板的锚杆，部分插入底板，并将剩余出露部分与天井内承载结构的钢筋连接到一起。5.如权利要求1所述的一种地下工程人工支柱的承载结构一体浇筑成型的方法，其特征在于，所述的混凝土承载结构的浇筑过程中，每浇筑一定高度后进行振动捣实。6.一种地下工程人工支柱，其特征在于，包括一体浇筑成型的承载结构和与所述承载结构固定连接的自膨胀接顶结构，所述自膨胀接顶结构包括自膨胀装置、下锚杆组件和上锚杆组件；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元辉，吴大伟，安龙，冯夏庭，戴星航，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21