組合支架盾構式全面采礦法的制作方法

本申請屬礦山技術領域。

技術背景：

本申請的采礦方法主要用于水平-緩傾斜的薄-中厚礦體；對這類礦體，非煤礦山現行的采礦方法主要是全面法、房柱法和壁式崩落法，煤礦則主要采用液壓支柱綜采法；全面法、房柱法的主要缺陷是礦柱損失和采空區遺留隱患，壁式崩落法的主要缺陷是支柱承載能力較低和回收不安全，液壓支柱綜采法的缺陷是不適應非煤礦山的爆破法開采；本申請的組合支架盾構式全面采礦法，旨在克服上述采礦方法的局限性，利用組合支架的超強支撐能力和較強抗破損能力，實現能適應機械法和爆破法作業的無損失貧化或極低損失貧化的全面法高效開采。

技術實現要素：
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組合支架的結構原理：組合支架是現場組裝的，它的主要骨架由底盤5、頂盤8、鑿巖平臺6、升降平臺7、立柱9和結構撐10組成；它的升降支撐系統主要由上套筒11、下套筒14、升降螺母12、壓力軸承13和支撐螺桿15組成；頂盤8通過墊木墊板支撐頂板圍巖，以求持力均勻，上套筒11固定在頂盤8的下面，用于支撐螺桿15插入并向頂盤施加支撐力；升降平臺7的下面固定有下套筒14，上面的對應部位設置壓力軸承13和升降螺母12，支撐螺桿15穿過下套筒14、升降平臺7、壓力軸承13和升降螺母12插入上套筒11，上套筒11和下套筒14只是用于限位，升降和支撐的主構件是升降螺母12和支撐螺桿15；升降作業利用升降平臺7完成，具體做法是：在升降平臺上臨時設置千斤頂，先用千斤頂將頂盤升起適宜高度，再用升降螺母提升并鎖固支撐螺桿，可反復多次，直至提升到需要高度，下降作業依然；鑿巖平臺6主要用于安裝鑿巖機具16，對采空區頂板穿鑿中深孔，強制崩落圍巖，另外也可以在鑿巖平臺上設置牽引機構，用于組合支架的整體移位；底盤5承載整個組合支架及其負載，它帶有兩條承重滑軌，承重滑軌放置在滑道4中，可以沿滑道移動，滑道4是隨機鋪設和回收的；立柱9和結構撐10是組合支架的主要承重和穩定骨架，結構撐根據組合支架的穩定性需求在多部位安裝，附圖中未全部畫出；立柱是整個組合支架的關鍵元件，設計用高強度合金鋼管充填輕質混凝土、樹脂或其他固體膠結材料制作分節立柱，再用法蘭組裝；防護棚3是可以隨機安裝和拆卸的前伸式防護設施，在組合支架上預置安裝接口即可；擋石柵17也是可拆卸式防護設施，主要防護采空區崩落的廢石，在組合支架的后部和左右兩側均可設置安裝接口；另外，爆破落礦時，需要用防護板對組合支架進行遮護，防護板可以掛設在組合支架上，也可以視爆破情況隨機擺放，防護板是另外一種工具，附圖中未畫出；根據理論計算，采用混凝土或樹脂等固體膠結材料充填的鋼管支柱，其承載能力是相同規格液壓支柱的3～5倍，直徑220mm/壁厚12mm固體充填式立柱的承載能力可達350噸以上；因此，制作承載能力千噸甚至兩千噸以上高強度組合支架不是難事。

支護、采礦與地壓管理：組合支架盾構式全面采礦法的采場布置與壁式崩落采礦法大同，組合支架用于支護作業線頂板和防護采空區崩落的廢石，組合支架的間距和作業線的空頂寬度根據圍巖穩定性、落礦方法、采場運輸機具等綜合條件確定；組合支架的移位跟進方法是：間隔跟進，每幅組合支架移位時，要確保兩側組合支架的支護功能充分可靠，并利用兩側組合支架作為固定裝置進行移位；淺孔爆破法落礦時，應采取以下防護措施：由底板拉開切割槽上向爆破落礦，最小抵抗線必須避開組合支架，組合支架必須用防護板遮護；推薦采用機械式采礦法，方法是：液壓鉆孔和液壓漲裂法落礦，移動式切割機劃分漲裂段，液壓沖擊鎬剝削頂板；采場地壓管理的方法是：合理控制和調節作業線空頂寬度以及組合支架的間距，確保可靠的支撐和防護；若采空區頂板不能自然崩坍時，立即用中深孔爆破法強制崩落，確保采場地壓合理釋放。

組合支架盾構式全面采礦法的主要技術特點：其一，與煤礦山液壓支柱綜采法相比，鋼管充填式立柱結構的組合支架具有更強大的承載能力和良好的抗沖擊破壞特性，能適應更深部高地壓的采礦活動，能適應非煤礦種的爆破法開采；其二，與現行全面法和房柱法兩種采礦方法相比，組合支架盾構式全面采礦法無礦柱損失，能在支護穩定的作業條件下進行精細開采，從而實現損失率和貧化率接近零的指標；其三，與現行壁式崩落法相比，組合支架的承載能力是常規支柱的幾十倍，組合支架對作業空間的支護更安全穩定，組合支架的現場跟進移動與長期反復使用更可靠方便，組合支架崩落處理采空區的措施更穩妥安全；其四，組合支架利用千斤頂升降和施加預應力，利用升降螺母和支撐螺桿實現長期承載，利用墊板墊木與支撐螺桿結合來調節支護高度，整體結構簡單，容易加工制作，降低支護成本，現場操作簡便，能適應中小礦山。

附圖說明：

圖1中，A——A是采礦進路橫剖面圖，B——B是局部縱剖面圖，圖中標注符號的意義如下：

1——礦體， 2——頂板圍巖， 3——防護棚，

4——滑道， 5——底盤， 6——鑿巖平臺，

7——升降平臺， 8——頂盤， 9——立柱，

10——結構撐， 11——上套筒， 12——升降螺母，

13——壓力軸承， 14——下套筒， 15——支撐螺桿，

16——鑿巖機具， 17——擋石柵。

具體實施方法

采準方法：由中段運輸巷或聯絡巷起始，沿礦體傾斜或偽傾斜方向，緊貼礦體底板上山掘進采準巷，并根據圍巖穩定情況臨時支護；后退式挑頂擴幫，安裝組合支架；若同時拉開兩條作業線時，則安設雙排組合支架；工作線(或曰采礦進路)與組合支架的排線平行，退采方向為組合支架排線的法線方向；回采工作線空頂寬度的控制：回采工作線的采礦作業面寬度一般應控制在4米內，組合支架排線與穩定礦壁之間的最大距離應控制在8米內或由頂板圍巖穩定性決定；當工作線長度過大時，組合支架排線要劃分多個分段，逐段跟進，以減少大跨度空頂的時間；組合支架跟進移位方法：清理整平底板并撿撬頂板，在待移動的組合支架前方鋪設滑道，利用兩側固定的組合支架伸出撐桿作支點，將待移動組合支架的牽引繩掛設在支點上牽引滑動，也可以在前方礦體中用錨桿設置支點；組合支架移動前要用千斤頂卸載，頂盤下降到適宜高度，要嚴格監測卸載后的頂板變形，采取臨時防護措施，移位后的滑道及時回收；每次跟進移位，組合支架的排列要保持規范有序，每幅組合支架的預應力要保持平衡；采空區頂板強制或誘導崩落方法：采空區頂強制或誘導板崩落在組合支架排線跟進移位并固定支撐后進行；強制崩落就是利用組合支架的鑿巖平臺，對采空區頂板穿鑿中深孔，于落礦爆破同時，進行爆破崩落；誘導崩落就是選擇采空區頂板的開裂失穩部位，利用簡易撐桿敷設明藥包，進行誘導崩落爆破。