柔性充填挡墙结构及其快速构筑方法

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，尤其涉及一种柔性充填挡墙结构及其快速构筑方法。

背景技术

国内外地下开采矿山中，因开采技术、工艺及设备的进步和国家相关政策法规的推动，充填采矿法已成为发展趋势，在矿山中应用越来越广泛。采用充填法开采的矿山，充填挡墙构筑方法及工艺对采矿方法的应用影响较大，充填挡墙构筑也是充填采矿法采场施工作业中的重要环节。

传统的充填挡墙构筑形式有木挡墙、砖砌挡墙和混凝土挡墙等。例如，发明专利(申请号为CN 202211197101.3)公开了一种喷射混凝土充填挡墙及其构筑工艺，该充填挡墙包括喷射混凝土层和骨架层，在喷射混凝土层和骨架层之间设置有防渗层，喷射混凝土层包括喷射混凝土和强化锚杆，强化锚杆的一部分被包裹在喷射混凝土内部，骨架层包括由纵横交叉的钢管构成的骨架和设置在骨架上的钢筋网，该喷射混凝土充填挡墙存在构筑工艺复杂、构筑时间长、成本高的问题；且支撑能力有限，可能因充填时压力集中造成挡墙局部裂隙。而木挡墙和砖砌挡墙虽然施工成本低，但挡墙支撑能力弱，效果较差。

近年来，柔性挡墙构筑技术取得了长足进步，因其构筑成本低、强度高且大部分挡墙构筑材料能够重复利用的有点，获得了行业认可并在矿山中得到了应用。实用新型专利(申请号为CN 201720434830.4)公开了一种矿用轻型充填挡墙，包含钢骨架、钢筋网、木板、麻袋片、土工布、预留人孔、滤水管、巷道底板、顶板斜支撑、底板斜支撑、木质人孔档板和巷道顶板，钢筋网绑扎在钢骨架上，木板固定在钢筋网上，麻袋片和土工布依次固定在木板上，钢骨架固定在巷道内构成墙体，墙体与巷道底板之间设有底板斜支撑，墙体与巷道顶板之间设有顶板斜支撑，墙体上设有滤水管和预留人孔，所述滤水管的一端设在墙体内侧，滤水管的另一端设在墙体外侧，预留人孔上设有木质人孔档板；该充填挡墙中依赖斜支撑加固挡墙的方式使其难以适应连续多次的充填，且构筑结构较为复杂，构筑材料安装及拆卸耗时较长，给柔性挡墙结构的推广应用带来了一定难度。

有鉴于此，有必要设计一种改进的柔性充填挡墙结构及其快速构筑方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性充填挡墙结构及其快速构筑方法，通过在柔性充填挡墙结构中设置加固组件，并设计加固组件的布局与结构，简化充填挡墙的构筑结构，使其可以将充填时受到的冲击力转化为维持充填挡墙和围岩平衡的支撑力，以实现柔性充填挡墙结构支撑力的提升，扩宽柔性充填挡墙的推广和应用。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种柔性充填挡墙结构，包括依次接触布设的加固组件、金属网及透水性合成布，所述透水性合成布设于靠近充填区域的一侧；所述加固组件包括沿巷道四周布设的若干根锚杆及挂设于所述锚杆上的钢丝绳，所述锚杆与所述巷道的壁面沿充填方向呈30°～60°夹角，所述锚杆靠近所述充填区域的一端暴露于所述充填区域内，另一端锚固于所述巷道的岩壁内，所述钢丝绳连续的挂设于所述锚杆暴露的一端，构成网状结构。

作为本发明的进一步改进，所述锚杆包括侧帮锚杆、顶部锚杆及底部锚杆，所述侧帮锚杆从所述巷道的中心高度处划分为上部锚杆与下部锚杆，所述上部锚杆的间距大于所述下部锚杆的间距。

作为本发明的进一步改进，所述下部锚杆中最底层的锚杆与所述巷道的底板距离为0.1～0.2m，所述下部锚杆的间距由下往上逐渐增大；所述上部锚杆的间距相同，为0.5～0.6m。

作为本发明的进一步改进，所述钢丝绳依次连接任意两根同一高度或同一水平位置的锚杆，在柔性充填挡墙构筑位置形成钢丝绳相互垂直的网状结构。

作为本发明的进一步改进，所述钢丝绳与所述锚杆接触的悬挂处设有卡扣与锚杆托盘，所述卡扣与锚杆托盘用于牢固所述钢丝绳与所述锚杆的连接结构。

作为本发明的进一步改进，所述金属网与所述网状结构的钢丝绳之间设有绑扎组件，以将两者固定；所述透水性合成布与所述巷道的壁面设有固定件，还设有水泥加固层，防止充填过程中漏浆。

作为本发明的进一步改进，所述顶部锚杆与底部锚杆的间距为0.4～0.5m，暴露于所述充填区域内的锚杆长度为0.2～0.3m。

作为本发明的进一步改进，所述柔性充填挡墙结构的中间区域还设有泄水口，所述泄水口连接泄水管，所述泄水管连接所述充填区域的顶板；所述泄水管为单向透水管。

作为本发明的进一步改进，所述锚杆的长度为2.0～2.5m，直径为24～30mm；所述钢丝绳为直径为24～30mm的热镀锌钢丝绳，所述金属网的网度为10mm*10mm。

作为本发明的进一步改进，所述泄水口的直径为46～54mm，所述泄水口的数量为1～6个。

本发明还提供了一种上述中任一项所述的柔性充填挡墙结构的快速构筑方法，包括以下步骤：

S1、在待构筑充填挡墙的巷道位置沿巷道面的四周施工斜向的钻孔，所述钻孔与巷道的壁面沿充填方向呈30°～60°夹角；在所述钻孔内安装锚杆，将所述锚杆的外端暴露于充填区域内，安装后用锚固剂将所述锚杆锚固；

S2、采用钢丝绳连续地连接任意两根同一高度或同一水平位置的锚杆，在充填挡墙构筑位置形成钢丝绳相互垂直的网状结构，所述钢丝绳在所述锚杆露出的部分缠绕后拉直，采用卡扣拧紧，再采用锚杆托盘固定所述锚杆与钢丝绳的连接结构；

S3、在步骤S2形成的钢丝绳网状结构靠近所述充填区域的一侧依次设置金属网、透水性合成布，采用绑扎组件将所述金属网与所述钢丝绳之间固定，采用固定件将所述透水性合成布与所述巷道的壁面固定，并敷设水泥加固层，完成所述柔性充填挡墙结构的快速构筑。

作为本发明的进一步改进，所述钻孔按位置划分为侧帮钻孔、顶部钻孔及底部钻孔，所述侧帮钻孔从所述巷道的中心高度处划分为上部钻孔与下部钻孔，所述上部钻孔的间距大于所述下部钻孔的间距，所述下部钻孔的间距由下往上逐渐增大。

本发明的有益效果是：

1、本发明的柔性充填挡墙结构及其快速构筑方法中，柔性充填挡墙结构包括依次接触布设的加固组件、金属网及透水性合成布；加固组件包括沿巷道四周布设的若干根锚杆及挂设于锚杆上的钢丝绳，锚杆与巷道的壁面沿充填方向呈30°～60°夹角，锚杆靠近充填区域的一端暴露于充填区域内，另一端锚固于巷道的岩壁内，钢丝绳连续的挂设于锚杆暴露的一端，构成网状结构。本发明通过在柔性充填挡墙结构中设置加固组件，并设计加固组件的布局与结构，简化了充填挡墙的构筑结构，使其可以将充填时受到的冲击力转化为维持充填挡墙和围岩平衡的支撑力，实现了柔性充填挡墙结构支撑力的提升，扩宽了柔性充填挡墙的推广和应用。

2、本发明通过将锚杆与巷道壁面呈一定夹角设置，同时将锚杆靠近充填区域的一端暴露于充填区域内，另一端锚固于巷道的岩壁内，使得在充填过程中，充填浆料对暴露的锚杆端形成的冲击力，通过锚杆实现应力传递，使得锚杆与围岩之间的相对力增强，锚杆在围岩内整个锚固段均受到围岩提供的反作用力，整个加固组件的所有锚杆通过力的叠加形成了承压结构，较现阶段大部分柔性挡墙构筑时普遍采用垂直于岩壁施工锚杆的形式稳固型更好，锚杆不易出现受力弯折的情况，避免了充填区域充填料浆的侧压力作用在充填挡墙时，充填挡墙受力失衡，进而提高了充填挡墙的支撑性能。本发明还设置侧帮锚杆的下部间距小于上部锚杆的间距，使得支撑挡墙底部提供了更大的支撑力，避免了连续充填时因充填体浆料一直对下部充填挡墙进行冲击，可能会造成挡墙的局部裂隙或变形的问题，提高了柔性充填挡墙的支撑能力和阻挡效果。

3、本发明优化了柔性充填挡墙的构筑形式及结构，该柔性充填挡墙舍弃了传统柔性充填挡墙的多层复杂结构，构筑结构简单，构筑工艺易实施，材料安装方便，耗时短，且具有优于现有柔性充填挡墙的支撑能力，适合在采矿业中全面推广应用。

附图说明

图1为本发明的柔性充填挡墙结构示意图。

图2为本发明的柔性充填挡墙结构在巷道中的俯视图。

图3为本发明的柔性充填挡墙结构在巷道中的正视图。

图4为本发明的柔性充填挡墙结构中锚杆与钢丝绳联合布设的示意图。

图5为本发明的柔性充填挡墙结构中卡扣与限位端的结构示意图。

图6为本发明的柔性充填挡墙结构中卡扣结构的正视图。

附图标记

100-柔性充填挡墙结构；110-加固组件；111-锚杆；112-钢丝绳；120-金属网；130-透水性合成布；140-卡扣；141-限位端；142-螺帽；150-锚杆托盘；160-固定件；170-水泥加固层；180-泄水口；200-泄水管。

具体实施方式

为了使本发明的目的、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发明进行详细描述。

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发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明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。

实施例1

请参阅图1～图2所示，一种柔性充填挡墙结构100，包括依次接触布设的加固组件110、金属网120及透水性合成布130，透水性合成布130设于靠近充填区域的一侧；加固组件110包括沿巷道四周布设的若干根锚杆111及挂设于锚杆111上的钢丝绳112，锚杆111与巷道的壁面沿充填方向呈30°～60°夹角，锚杆111靠近充填区域的一端暴露于充填区域内，另一端锚固于巷道的岩壁内，钢丝绳112连续的挂设于锚杆111暴露的一端，构成网状结构。

特别地，通过将锚杆111与巷道壁面呈一定夹角设置，同时将锚杆111靠近充填区域的一端暴露于充填区域内，另一端锚固于巷道的岩壁内，使得在充填过程中，充填浆料对暴露的锚杆端形成的冲击力，通过锚杆111实现应力传递，使得锚杆111与围岩之间的相对力增强，锚杆111在围岩内整个锚固段均受到围岩提供的反作用力，整个加固组件110的所有锚杆111通过力的叠加形成了承压结构，承压能力极强；较现阶段大部分柔性挡墙构筑时普遍采用垂直于岩壁施工锚杆的形式稳固型更好，锚杆111不易出现受力弯折的情况，避免了充填区域充填料浆的侧压力作用在充填挡墙时，充填挡墙受力失衡，可能对柔性充填挡墙造成损害的问题，进而提高了充填挡墙的支撑性能。

优选地，在本实施例中，锚杆111与巷道的壁面沿充填方向呈45°夹角，暴露于充填区域内的锚杆长度为0.25m，使得分布在巷道四周的锚杆111组合构成承压效果较好的结构。

请参阅图4所示，锚杆111包括侧帮锚杆、顶部锚杆及底部锚杆，侧帮锚杆从巷道的中心高度处划分为上部锚杆与下部锚杆，上部锚杆的间距大于下部锚杆的间距。如此设置，使得支撑挡墙底部提供了更大的支撑力，避免了连续充填时因充填体浆料一直对下部充填挡墙进行冲击，可能会造成挡墙的局部裂隙或变形的问题，提高了柔性充填挡墙的支撑能力和阻挡效果。需要说明的是，此处的侧帮锚杆指的是布置于巷道左右两侧的锚杆111，其方向为向左右两侧的围岩内倾斜，与巷道的壁面沿充填方向呈一定夹角；顶部锚杆指的是布置于巷道顶板的锚杆111，其方向为倾斜向上没入围岩内，与巷道的壁面沿充填方向呈一定夹角；底部锚杆为设置于巷道底板的锚杆111，其方向为倾斜向下没入围岩内，与巷道的壁面沿充填方向呈一定夹角。

具体地，下部锚杆中最底层的锚杆与巷道的底板距离为0.1～0.2m，下部锚杆的间距由下往上逐渐增大；上部锚杆的间距相同，为0.5～0.6m；顶部锚杆与底部锚杆的间距为0.4～0.5m。

在本实施例中，下部锚杆中最底层的锚杆与巷道的底板距离为0.2m，下部锚杆的间距在0.2～0.5m范围内由下往上逐渐增大，上部锚杆的间距为0.5m，顶部锚杆与底部锚杆的间距为0.45m。

钢丝绳112依次连接任意两根同一高度或同一水平位置的锚杆111，在柔性充填挡墙构筑位置形成钢丝绳112相互垂直的网状结构；具体结构如图4所示，通过仅采用一根连续的钢丝绳112即可完成锚杆111的全部连接，如此，形成了稳定的网状结构，提高了充填挡墙的支撑能力。

请参阅图5～图6所示，钢丝绳112与锚杆111接触的悬挂处设有卡扣140与锚杆托盘150，卡扣140与锚杆托盘150用于牢固钢丝绳112与锚杆111的连接结构。其中，卡扣140设有限位端141和螺帽142，用于使锚固111结构稳定锚固于岩体中。金属网120与网状结构的钢丝绳112之间设有绑扎组件，以将两者固定；透水性合成布130与巷道的壁面设有固定件160，还设有水泥加固层170，防止充填过程中漏浆。

具体的，柔性充填挡墙结构的中间区域还设有泄水口180，泄水口180连接泄水管200，泄水管200连接充填区域的顶板；泄水管200为单向透水管。泄水口180的直径为46～54mm，泄水口180的数量为1～6个。锚杆111的长度为2.0～2.5m，直径为24～30mm；钢丝绳112为直径为24～30mm的热镀锌钢丝绳，金属网120的网度为10mm*10mm；透水性合成布130为土工布。

实施例2

一种柔性充填挡墙结构100的快速构筑方法，包括以下步骤：

S1、在待构筑充填挡墙的巷道位置沿巷道面的四周施工斜向的钻孔，钻孔与巷道的壁面沿充填方向呈45°夹角；在钻孔内安装锚杆111，将锚杆111的外端暴露于充填区域内，安装后用锚固剂将锚杆111锚固，锚固剂的强度不低于30MPa；

S2、采用钢丝绳112连续地连接任意两根同一高度或同一水平位置的锚杆111，在充填挡墙构筑位置形成钢丝绳112相互垂直的网状结构，钢丝绳112在锚杆111露出的部分缠绕后拉直，采用卡扣140拧紧，再采用锚杆托盘150固定锚杆111与钢丝绳112的连接结构；

S3、在步骤S2形成的钢丝绳112网状结构靠近充填区域的一侧依次设置金属网120、透水性合成布130，采用绑扎组件将金属网120与钢丝绳112之间固定，采用固定件160将透水性合成布130与巷道的壁面固定，并敷设水泥加固层170，完成柔性充填挡墙结构100的快速构筑。

具体地，在步骤S1中，钻孔按位置划分为侧帮钻孔、顶部钻孔及底部钻孔，侧帮钻孔从巷道的中心高度处划分为上部钻孔与下部钻孔，上部钻孔的间距大于下部钻孔的间距，下部钻孔的间距由下往上逐渐增大。

在本实施例中，钻孔的直径为φ42mm，锚杆111的长度为2.2m，直径为28mm；钢丝绳112为直径为26mm的热镀锌钢丝绳，金属网的网度为10mm*10mm。

实施例1与实施例2优化了柔性充填挡墙的构筑形式及结构，使得柔性充填挡墙舍弃了传统柔性充填挡墙的多层复杂结构，构筑结构简单，构筑工艺易实施，材料安装方便，耗时短，且具有优于现有柔性充填挡墙的支撑能力，适合在采矿工业中全面推广应用。

综上所述，本发明提供了一种柔性充填挡墙结构及其快速构筑方法，该柔性充填挡墙结构包括依次接触布设的加固组件、金属网及透水性合成布；加固组件包括沿巷道四周布设的若干根锚杆及挂设于锚杆上的钢丝绳，锚杆与巷道的壁面沿充填方向呈30°～60°夹角，锚杆靠近充填区域的一端暴露于充填区域内，另一端锚固于巷道的岩壁内，钢丝绳连续的挂设于锚杆暴露的一端，构成网状结构。本发明通过在柔性充填挡墙结构中设置加固组件，并设计加固组件的布局与结构，简化了充填挡墙的构筑结构，使其可以将充填时受到的冲击力转化为维持充填挡墙和围岩平衡的支撑力，实现了柔性充填挡墙结构支撑力的提升；本发明的柔性充填挡墙结构在充填过程中，充填浆料对暴露的锚杆端形成的冲击力，通过锚杆实现应力传递，使得锚杆与围岩之间的相对力增强，锚杆在围岩内整个锚固段均受到围岩提供的反作用力，整个加固组件的所有锚杆通过力的叠加形成了承压结构，承压能力极强；较现阶段大部分柔性挡墙构筑时普遍采用垂直于岩壁施工锚杆的形式稳固型更好，锚杆不易出现受力弯折的情况，避免了充填区域充填料浆的侧压力作用在充填挡墙时，充填挡墙受力失衡，进而提高了充填挡墙的支撑性能；且柔性充填挡墙的构筑结构简单，构筑工艺易实施，材料安装方便，耗时短，还具有优于现有柔性充填挡墙的支撑能力，适合在采矿业中全面推广应用。

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