一种充填料自筑挡墙及构筑方法

技术领域

本发明属于采矿领域，更具体地说，涉及一种充填料自筑挡墙及构筑方法。

背景技术

充填采矿法是现代采矿方法中一种常用的采矿方法。充填采矿法随着矿房中回采工作面的推进，将充填料送入采空区，以达到控制采空区地压，防止围岩垮塌、崩落等危害发生的目的；同时在充填体的保护下进行回采，减少矿石的损失贫化。随着地表资源的枯竭，开采深度不断加大，充填采矿法在矿山中的应用比例不断增加。在充填采矿法中，充填挡墙的构筑是一项重要的工序，其主要作用是将采空区进行封闭，防止采空区充填料流入相连的巷道中。充填挡墙的构筑效率直接影响到充填效率，因此采用一种性能可靠、施工效率高的充填挡墙构筑方法对充填采矿法具有重要意义。

目前，常用的充填挡墙包括木制挡墙、砖砌挡墙、混凝土挡墙、钢筋柔性挡墙等。现有挡墙构筑方法经过生产实践证明，能够较好地封闭采空区，挡墙达到采场充填时所需的强度要求。但在部分矿山的挡墙施工过程中，存在劳动强度较大、构筑速度较慢、成本高等问题，影响施工进度。

针对上述问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号CN201910489939.1，公开日为2019年7月30日，该专利公开了一种充填挡墙的构筑方法和充填挡墙。该充填挡墙的构筑方法，包括以下步骤：在采空区和岩脉之间的巷道内设置两个挡板，且令两个挡板的至少部分的周向边缘贴合巷道的围岩，以使两个挡板与围岩围设成充填空间；向充填空间内充填预定量的膨胀液，膨胀液能够在充填空间内膨胀并凝结形成膨胀型填充物；经过预定时长后，膨胀型填充物充满充填空间且粘结围岩和两个挡板形成充填挡墙。该充填挡墙通过该充填挡墙的构筑方法构建。该专利的不足之处在于：成本高且充填挡墙的抗滑移和抗倾覆能力较差，施工繁琐。

又如中国专利申请号CN202010599559.6，公开日为2020年8月18日，该专利公开了一种围堰式充填挡墙，涉及矿山充填技术领域。包括前固定墙、后固定墙以及位于所述前固定墙和所述后固定墙之间的围堰式模袋，所述后固定墙位于待充填区一侧，所述前固定墙位于所述后固定墙相对一侧，所述围堰式模袋前后侧设置有斜坡，所述围堰式模袋中部设置有中空腔体，构筑完成后相所述围堰式模袋内充填料浆以及向所述中空腔体内填充矿井内的废石，形成整体性挡墙。该专利的不足之处在于：虽然对废石进行利用减小成本，但是围堰式模袋容易受到外界环境的干扰，其稳定性不能保证。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有充填挡墙成本高、施工效率慢的问题，本发明提供一种充填料自筑挡墙及构筑方法。本发明中的充填料自筑挡墙由若干个梯形状的充填挡墙体筑成，梯形上窄下宽的结构有效提高充填挡墙体的抗滑移和抗倾覆能力，继而提高整个自筑挡墙的强度和稳定性。同时本发明中筑方法操作简单，极大缩短了施工时间，提高效率；采用充填料作为挡墙的主要材料，极大的降低成本。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种充填料自筑挡墙，包括在巷道内自下而上设置的若干个充填挡墙体，若干个充填挡墙体呈阶梯状排列在巷道内，每个充填挡墙体包括呈相对设置的两块挡板，两块挡板的边缘均与巷道内的围岩贴合，两块挡板与围岩组成梯形状的充填空间，充填空间内填充充填料。

更进一步的，梯形充填空间的内部高度h＞0.5m，梯形充填空间的上顶面宽度a≥0.54h，梯形充填空间的下底面宽度b≥1.0h。

更进一步的，挡板通过固定件固定在巷道内，所述固定件包括锚杆，锚杆的一端垂直插入围岩内，另一端与挡板通过固定块连接。

更进一步的，挡板的两面均设有固定件。

一种上述任一项所述的充填料自筑挡墙的构筑方法，包括以下步骤：

S1：在采空区和岩脉之间的巷道内施工底层的充填挡墙体I，并进行养护；

S2：底层的充填挡墙体I养护完成后进行与该充填挡墙体I对应的采空区充填，充填高度与该充填挡墙体I的高度齐平；

S3：随后进行中间层的充填挡墙体II施工并进行养护，且充填挡墙体II在充填挡墙体I的顶面上进行施工，充填挡墙体II的底面与充填挡墙体I的顶面部分重叠；

S4：充填挡墙体II养护完成后进行与该充填挡墙体II对应的采空区充填，充填高度与该充填挡墙体II的高度齐平；

S5：最后进行巷道内顶层的充填挡墙体III的施工并养护，且充填挡墙体III在充填挡墙体II的顶面上进行施工，充填挡墙体III的底面与充填挡墙体II的顶面部分重叠，此时每层的充填挡墙体形成充填挡墙，将巷道完全封闭。

更进一步的，充填挡墙体内的充填料均来自与充填挡墙体对应的采空区内的充填体。

更进一步的，顶层的充填挡墙体III内的充填料由输送机构输送至充填空间内。

更进一步的，所述输送机构包括储料桶，钢管的一端与储料桶连通，另一端与远离采空区的挡板连通，钢管与单液泵连接，在单液泵的作用下，储料桶内的充填料通过钢管进入到充填空间内。

更进一步的，上一层充填挡墙体中远离采空区的挡板与下一层充填挡墙体中远离采空区的挡板之间的距离为20～40cm。

更进一步的，对充填挡墙体的养护时间控制在12～24h。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的自筑挡墙由若干个呈梯形状的充填挡墙体筑成，梯形上窄下宽的结构有效提高充填挡墙体的抗滑移和抗倾覆能力，继而提高整个自筑挡墙的强度和稳定性，保障整个采矿工作的顺利进行；同时向挡板与围岩组成的充填空间内填充充填料，充填料能够与围岩充分接触，进一步增大整个充填挡墙体与围岩连接处的强度；结构简单，成本低且易于施工人员操作，提高施工效率；

(2)本发明对呈梯形状的充填挡墙体中的高度，上下底面的宽度做出了具体限定，满足高效施工充填挡墙体的同时保证充填挡墙体的抗滑移和抗倾覆能力；并且将挡板的两面均设有固定件固定，对挡板进行两面夹紧，保证挡板在巷道内的稳固性能，继而保证充填挡墙体的稳固性，不易受到外界环境的干扰发生松动；

(3)本发明中自筑挡墙的构筑方法简单，相比于现有技术挡墙复杂的结构和建筑过程，本发明只需固定好挡板，并向充填空间内填充充填料便可成型，极大缩短了挡墙的构筑时间，节省人力成本与时间成本；并且自筑挡墙的主要材料为采空区的充填料，与传统挡墙使用砖砌或钢筋混凝土相比，充填料价格低廉，可就近取材，降低成本；

(4)本发明对位于巷道顶层的充填挡墙体III采用输送机构进行输送至充填空间内，因考虑到顶层的充填挡墙体III与巷道顶部形成密闭空间无法直接进行充填料的倒入，利用单液泵，将储料桶内的充填料通过钢管进入到充填空间内，结构简单，易于掌控与操作，同时保证顶层的充填挡墙体III中的充填料顺利进入；

(5)本发明对相邻两个充填挡墙体中远离采空区的挡板之间距离进行限定，保证每个充填挡墙体能够稳定且顺利的施工，避免单个充填挡墙体发生松动的现象；并且对充填挡墙体施工后进行养护一段时间，保证充填挡墙体的抗压强度不小于0.2Mpa，继而保证整个自筑挡墙具有较高的强度和稳定性能。

附图说明

图1为本发明中自筑挡墙的结构示意图；

图2为本发明中自筑挡墙的正视图；

图3为图1中A部位的构筑示意图；

图4为图1中B部位的构筑示意图。

图中：1、充填挡墙体I；2、充填体I；3、充填挡墙体II；4、充填体II；5、充填挡墙体III；6、充填体III；7、挡板；8、充填料；9、锚杆；10、固定块；11、单液泵；12、钢管；13、储料桶。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1、图2、图3和图4所示，一种充填料自筑挡墙，包括在巷道内自下而上设置的若干个充填挡墙体，若干个充填挡墙体呈阶梯状排列在巷道内，阶梯状的排列便于每一层充填挡墙体的施工，有效提高施工效率。每个充填挡墙体包括呈相对设置的两块挡板7，具体的，两块挡板7间隔一定距离，该距离视具体施工情况而行，并且两块挡板7均沿巷道横截面方向布置。两块挡板7的边缘均与巷道内的围岩贴合，两块挡板7与围岩组成梯形状的充填空间，充填空间内填充充填料8，充填空间作为充填挡墙体的外部框架，充填料8作为充填挡墙体的内部填充材料，形成了充填料自筑挡墙，充填料8选择采空区内的充填料8，合理利用，降低充填料自筑挡墙的成本。同时利用挡板7与围岩形成充填挡墙体的外部框架，使得充填料8能够充分与围岩即巷道内壁接触，进一步增大充填挡墙体与围岩连接处的强度。充填空间的尺寸即为充填挡墙体的尺寸，因此充填挡墙体的形状即为梯形状，采用梯形状的设计是考虑到梯形上窄下宽的结构有效提高充填挡墙体的抗滑移和抗倾覆能力，继而提高整个自筑挡墙的强度和稳定性，保障整个采矿工作的顺利进行。

具体的，为了满足充填挡墙体便于施工且保证稳定性的要求，特对充填空间的尺寸做出如下规定：梯形充填空间的内部高度h＞0.5m，内部高度过小则导致充填料8的容纳体积有限，无法保证充填空间的强度。梯形充填空间的上顶面宽度a≥0.54h，梯形充填空间的下底面宽度b≥1.0h，上下面的宽度进行这样的设置有效保证了整个充填挡墙体的抗倾覆和抗滑移能力，避免充填挡墙体受到外界环境影响发生松散，进一步保证整个采矿过程的安全性。并依据此类尺寸要求确定挡板7的尺寸和摆放位置。

并且，在本实施中，为了进一步加强挡板7在巷道内的稳固性能，将挡板7通过固定件固定在巷道内，且每个挡板7的两面均设有固定件，加强对挡板7的固定作用，实现对挡板7两面夹紧，保证挡板7在巷道内的稳固性能，继而保证充填挡墙体的稳固性，不易受到外界环境的干扰发生松动。本实施中的固定件包括锚杆9，锚杆9的一端垂直插入围岩内，垂直插入围岩的方式有效保证了连接强度；另一端与挡板7通过固定块10连接。采用锚杆9与固定块10配合的方式将挡板7固定在预设位置，操作简便，并且便于现场施工与维修，减轻操作人员的劳动成本。具体的，在确定两块挡板7的具体位置后，以两根锚杆9和一个固定块10为一组固定件，两根锚杆9的一端均垂直插入围岩内，另一端通过固定块10与挡板7连接固定，每块挡板7上的每一面均布置四组固定件，四组固定件均布在挡板7上且两面上的固定件一一对应，保证挡板7受力均匀，提高挡板7的自身强度。

一种如上述所述的充填料自筑挡墙的构筑方法，包括以下步骤：

S1：在采空区和岩脉之间的巷道内施工底层的充填挡墙体I1，并进行养护；具体的，在巷道选择合适的位置放置并固定两块挡板7，挡板7的边缘贴合巷道围岩，挡块7与围岩形成充填空间，向充填空间内倒入充填料8，此处的充填料8为与充填挡墙体I1邻近采空区中的充填体I2，充填料8填充至充填空间顶部时将顶面抹平，随后进行养护12～24h；将养护时间控制在12～24h，能够有效保证充填挡墙体I1的抗压强度不小于0.2Mpa；养护时间过短则达不到抗压强度要求，养护时间过长则造成施工缓慢，效率慢；

S2：底层的充填挡墙体I1养护完成后进行与该充填挡墙体I1对应的采空区(即与充填挡墙体I1邻近的采空区)充填，充填高度与该充填挡墙体I1的高度齐平；

S3：随后进行中间层的充填挡墙体II3施工并进行养护，且充填挡墙体II3在充填挡墙体I1的顶面上进行施工，充填挡墙体II3的底面与充填挡墙体I1的顶面存在部分重叠；具体的，以图1为例，即部分重叠是指充填挡墙体II3的底面一部分在充填挡墙体I1的顶面上，另一部分不在充填挡墙体I1的顶面上，在施工时，以充填挡墙体I1顶面中远离采空区的端点为基点，充填挡墙体II3的底面中远离采空区的端点距基点20～40cm，即相当于充填挡墙体II3在充填挡墙体I1上向采空区方向移动20～40cm，使得充填挡墙体II3与充填挡墙体I1呈阶梯状排列，方便充填挡墙体II3的施工；在这进行说明的是充填挡墙体II3施工步骤与步骤S1相同，充填挡墙体II3中的充填料8为与充填挡墙体II3邻近采空区中的充填体II4；

S4：充填挡墙体II3养护完成后进行与该充填挡墙体II3对应的采空区充填，充填高度与该充填挡墙体II3的高度齐平；

S5：最后进行巷道内顶层的充填挡墙体III5的施工并养护，且充填挡墙体III5在充填挡墙体II3的顶面上进行施工，充填挡墙体III5的底面与充填挡墙体II3的顶面部分重叠，具体施工参照步骤S3，并且顶层的充填挡墙体III5内充填料8即为与充填挡墙体III5邻近采空区中的充填体III6，此时每层的充填挡墙体形成一个整体充填挡墙，将巷道完全封闭。在此进行说明的是，在进行顶层充填挡墙体III5的施工时，考虑到挡板7与巷道顶部即围岩顶部贴合形成一个密闭空间，无法向非顶层的充填挡墙体那样直接将充填料8卸入充填空间内，因此顶层的充填挡墙体III5内的充填料8由输送机构输送至充填空间内，输送机构包括储料桶13，钢管12的一端与储料桶13连通，另一端与远离采空区的挡板7连通，该挡板7上开设圆孔供钢管12伸入，钢管12与单液泵11连接，在单液泵11的作用下，储料桶13内的充填料8通过钢管12进入到充填空间内。结构简单，易于掌控与操作，同时保证顶层的充填挡墙体III5中的充填料8顺利进入。在这进行说明的是，当充填料8填充完成后，需将挡板7上的圆孔封闭再进行养护。

本发明的构筑方法中充填挡墙体内的充填料8均来自与充填挡墙体对应的采空区内的充填体，与传统挡墙使用砖砌或钢筋混凝土相比，充填料8价格低廉，并且实现就近取材，降低成本。该构筑方法相比于现有技术挡墙复杂的结构和建筑过程，本发明只需固定好每层充填挡墙体中的挡板7，并向充填空间内填充充填料8便可成型，极大缩短了挡墙的构筑时间，节省人力成本与时间成本，提高施工效率。同时将上一层充填挡墙体中远离采空区的挡板7与下一层充填挡墙体中远离采空区的挡板7之间的距离设置为20～40cm，即上层充填挡墙体在下层充填挡墙体上相当于向采空区移动20～40cm，相邻两个充填挡墙体之间错来排列，并非完全重合，方便施工，距离控制过大则无法保证相邻两个充填挡墙体之间的连接强度；距离控制过小则施工受到阻碍。

实施例2

安徽某铁矿采用充填采矿法进行开采，巷道的横截面长5.0m，高3.8m，现采用本发明所述的充填料自筑挡墙构筑方法堆砌充填料自筑挡墙。首先在采空区联巷即巷道中选择合适的位置构筑底层充填挡墙体I1。充填挡墙体I1中充填空间内部的长度为5.0m(巷道实际宽度)，为保证挡墙构筑效率，梯形充填空间的内部高度h采用1.5m，为保证安全要求，梯形充填空间的内部的上顶面宽度a＝0.54h即0.8m，下底面宽度b＝1.12h即1.68m。将邻近采空区中的充填料8运送至充填空间中，构筑好的充填挡墙体I1养护16h，使其挡墙抗压强度为0.2MPa。第一部分充填挡墙体I1养护完成后进行充填，充填高度与第一部分充填挡墙体I1高度一致。随后进行第二部分挡墙构筑即中间层充填挡墙体II3的构筑，充填挡墙体II3在充填挡墙体I1上进行构筑，较充填挡墙体I1向采空区方向移动30cm，构筑方法与第一部分挡墙构筑方法相同。养护完成后进行充填，充填高度与第二部分挡墙高度一致。第三部分挡墙即顶层充填挡墙体III5在第二部分挡墙即充填挡墙体II3上进行施工，同样向采空区方向移动30cm，充填空间内部长为5.0m(巷道实际宽度)、上顶面宽度0.43m、下底面宽度0.90m、高度为0.8m，此时充填空间与巷道顶板闭合，需采用单液泵11将充填料8送入充填空间内中：在远离采空区侧的挡板7顶端开一个供钢管12伸入的孔，单液泵11连接两段钢管12，一段钢管12伸入充填空间内中，另一段钢管12伸入储料桶13中，将桶中的充填料8送入充填空间中。充填料8将充填空间注满后封闭圆孔，将充填挡墙体III5养护16h，使充填挡墙体III5抗压强度大于0.2MPa。此时三部分充填挡墙体组合，将巷道完全封闭。该方法已在该矿应用一年多时间，使用效果良好，大幅降低挡墙构筑成本，提高了挡墙构筑效率，为企业带来了较为客观的经济收益。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。