一种铝土矿回收矿柱的结构和方法

本发明属于铝土矿矿柱生产，涉及一种铝土矿回收矿柱的结构和方法。

背景技术：

1、我国铝土矿资源储量极其丰富，特别是煤下铝土矿资源占铝土矿储量的50%以上。随着我国经济的高速发展，近些年来我国铝土矿资源消耗速度远超世界平均水平，且浅地表铝土矿产资源已逐步开发殆尽，国内铝资源开发开始转入地下。

2、房柱式开采是我国目前铝土矿地下开采的主要方法之一，多采用爆破的方式进行崩落开采，保留各种类型的矿柱用于支撑顶板。该方法的缺点是保留了大量的矿柱资源，导致铝土矿回采率一般仅有50％左右，造成了铝土矿资源的极大浪费，大大缩短了矿山的服务年限；同时由于长期的载荷作用，矿柱强度会逐渐降低，如果矿柱失稳造成上覆岩层垮落会产生严重的安全隐患。

3、由于矿产资源的不可再生性，矿产储量在持续开采中逐年递减。因此为了提高矿产资源的回采率，需要对原采矿过程中留设的各类矿柱进行回收。目前，对于房柱式矿柱回收方法的研究，国内外研究学者已经取得了一些成果，包括削柱法、抽采法，崩落法等，这些方法多数存在机械化程度不高、回收率低、回采安全性差等缺点；另外，国内普遍采用的胶结充填法也具有充填回采工艺复杂、充填成本高、支维护难度大的缺点。因此，发明一种安全高效、回采率高的铝土矿矿柱回收方法具有十分重要的意义和广阔的应用前景。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提出一种铝土矿回收矿柱的结构和方法，以解决现有矿柱回收方法回收率低、安全性差、回采工艺复杂的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种铝土矿回收矿柱的结构，矿柱外部设置有混凝土防爆墙，混凝土防爆墙将矿柱三面包围，留出的一面用于回采矿柱；混凝土防爆墙与矿柱之间设有缓冲区；所述缓冲区内填充有缓冲材料；

4、所述混凝土防爆墙顶部与矿柱顶部的顶板之间支撑有接顶结构，所述接顶结构包括千斤顶和支撑板，千斤顶的顶部和底部均连接有支撑板；两块支撑板之间充填有混凝土。

5、优选的，所述混凝土防爆墙表面设置有聚脲层。

6、优选的，所述的支撑板为钢板，钢板的表面均匀布置有钢板凹槽，千斤顶的顶部和底部分别嵌入一钢板的钢板凹槽内，通过上升千斤顶来使顶部的钢板支撑顶板。

7、更优的，两层钢板之间均匀布置有若干千斤顶。

8、优选的，缓冲材料为聚氨酯泡沫材料。

9、基于所述的一种铝土矿回收矿柱的结构的回收矿柱方法，包括以下步骤：

10、s1、根据采场结构参数计算出混凝土防爆墙的厚度，使混凝土防爆墙的支撑强度不低于矿柱的支撑强度；浇筑混凝土防爆墙并养护，混凝土防爆墙的顶部与顶板之间留出接顶结构的支撑空间；

11、s2、接顶施工：在混凝土防爆墙顶部布置接顶结构，通过上升千斤顶来支撑顶板；对两层支撑板中间的空间进行混凝土充填；

12、s3、对缓冲区充填缓冲材料；

13、s4、回采矿柱。

14、优选的，混凝土防爆墙厚度的计算方法为：

15、s1、计算出采场内所有矿柱的总支撑载荷为；

16、 γ为上覆岩层平均容重， l1为采场结构的长度， l2为采场结构的宽度， h为采场埋深；

17、继而得出单个矿柱的支撑载荷为； n为采场内矿柱的数量；

18、s2、根据混凝土防爆墙的单轴抗压强度 p ucs，计算出混凝土防爆墙的横截面积为；根据混凝土防爆墙（2）的横截面积计算混凝土防爆墙（2）的厚度。

19、优选的，混凝土防爆墙养护结束后在混凝土防爆墙表面喷涂一层聚脲。

20、优选的，回采矿柱采用爆破回采。

21、本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

22、本发明是一种通过混凝土防爆墙置换矿柱、用千斤顶组合钢板装置来支护顶板的铝土矿矿柱回收结构和方法，具有以下有益效果：

23、1、混凝土防爆墙承载能力大于原生矿柱承载能力，可有效支撑上覆岩层；混凝土防爆墙具有较大的刚度，可以有效抵挡爆破回采矿柱时爆炸波产生的超压作用。

24、2、混凝土防爆墙围绕矿柱呈u型布置，能够有效分担和传递上部结构的载荷，保证墙体在承受载荷作用下保持原有的形状和位置稳定，不发生明显的变形和破坏。并且在回采单个矿柱时，极大程度的减少了爆破对其他矿柱产生的影响，提高了回采的安全性。

25、3、在混凝土防爆墙表面喷涂聚脲可以增加其防爆性能，同时延长其使用寿命；

26、4、采用千斤顶组合钢板的装置进行接顶，可以使混凝土防爆墙和顶板受力均匀，有效地支护顶板。并且采用喷射混凝土的方法对装置进行充填，可以增加装置的支撑强度和支护稳定性。

27、5、在混凝土防爆墙和矿柱之间的缓冲区充填聚氨酯泡沫材料，能够吸收爆破产生的能量，可以有效保护墙体和千斤顶结构；

28、6、本发明方法可以将矿柱完全置换出来，大幅提高铝土矿的回采率，增加矿山的服务年限。

技术特征：

1.一种铝土矿回收矿柱的结构，其特征在于，矿柱（1）外部设置有混凝土防爆墙（2），混凝土防爆墙（2）将矿柱（1）三面包围，留出的一面用于回采矿柱（1）；混凝土防爆墙（2）与矿柱（1）之间设有缓冲区（3）；所述缓冲区（3）内填充有缓冲材料；

2.根据权利要求1所述的一种铝土矿回收矿柱的结构，其特征在于，所述混凝土防爆墙（2）表面设置有聚脲层。

3.根据权利要求1所述的一种铝土矿回收矿柱的结构，其特征在于，所述的支撑板为钢板（5），钢板（5）的表面均匀布置有钢板凹槽（6），千斤顶（4）的顶部和底部分别嵌入一钢板（5）的钢板凹槽（6）内，通过上升千斤顶（4）来使顶部的钢板（5）支撑顶板（7）。

4.根据权利要求3所述的一种铝土矿回收矿柱的结构，其特征在于，两层钢板（5）之间均匀布置有若干千斤顶（4）。

5.根据权利要求1所述的一种铝土矿回收矿柱的结构，其特征在于，缓冲材料为聚氨酯泡沫材料。

6.基于权利要求1-5任一项所述的一种铝土矿回收矿柱的结构的回收矿柱方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于一种铝土矿回收矿柱的结构的回收矿柱方法，其特征在于，混凝土防爆墙（2）厚度的计算方法为：

8.根据权利要求6所述的基于一种铝土矿回收矿柱的结构的回收矿柱方法，其特征在于，混凝土防爆墙（2）养护结束后在混凝土防爆墙（2）表面喷涂一层聚脲。

9.根据权利要求6所述的基于一种铝土矿回收矿柱的结构的回收矿柱方法，其特征在于，回采矿柱（1）采用爆破回采。

技术总结本发明公开了一种铝土矿回收矿柱的结构和方法，属于铝土矿矿柱生产技术领域；矿柱外部设置有混凝土防爆墙，混凝土防爆墙将矿柱三面包围，留出的一面用于回采矿柱；混凝土防爆墙与矿柱之间设有缓冲区；缓冲区内填充有缓冲材料；混凝土防爆墙顶部与矿柱顶部的顶板之间支撑有接顶结构；先浇筑混凝土防爆墙，之后进行接顶施工，然后进行充填作业，待回收矿柱的结构实施完毕后，进行回收矿柱；本发明不仅能够大幅提高铝土矿的回采率，而且施工工艺简单、安全性能高；解决了现有矿柱回收方法回收率低、安全性差、回采工艺复杂的技术问题。技术研发人员：胡文硕,朱德福,张玉江,夏慧波,王仲伦,宋洪柱,高瑞,霍昱名受保护的技术使用者：太原理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11