一种适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置及安装方法

本申请涉及矿业工程充填采矿，特别涉及一种适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置及安装方法。

背景技术：

1、充填采矿法一般用先出矿再利用废石进行就地充填，或通过地面充填站将充填料浆通过管道运输对地下采空区进行充填的“二步骤”回采方式。上述回采方式不论哪种，都需要进行第二步骤的充填工艺。现场施工时，由于采矿工艺的先后顺序，工人会有一定时间暴露在采场顶板无支护的空间内，这使得采空区有出现坍塌或冒顶等事故的可能性，严重危害井下人员的生命安全，因此需要考虑一种可提前预留的充填装置，以保障在充填进行过程中井下施工人员的生命安全。

技术实现思路

1、本申请的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，能够加强采场被充填前顶板的稳定性，提高井下采场顶板的稳定性，防止坍塌、冒顶等事故发生可能的发生，以尽可能地解决井下工人面临的采场顶板坍塌等问题。

2、本申请还提出一种包括上述适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置的安装方法。

3、根据本申请第一方面实施例的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，包括：

4、主体结构，包括安装部、开合部和多个上支撑管道，各所述上支撑管道间隔设置在所述开合部上，所述开合部以所述安装部为基准可开合设置，以使各所述上支撑管道能够相对地展开或折叠收纳；

5、下支撑管道，分别与各所述上支撑管道连接并用于支撑，其中所述安装部、所述开合部、各所述上支撑管道和各下支撑管道分别连通；

6、充填管道，与所述主体结构连接并用于连通所述上支撑管道，以使所述安装部、所述开合部、所述上支撑管道和所述下支撑管道内能够充填料浆。

7、根据本申请的第一方面实施例的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，至少具有如下有益效果：利用安装部插入顶板与之产生的“悬吊作用”增强控顶作用，同时下支撑管道作用在两帮或周边矿柱，加强对顶板的支撑作用，保障了空区稳定性，降低发生顶板垮塌、冒顶等事故发生可能性，减小了现场施工人员的生命安全隐患。进一步的，利用充填料浆在养护期后产生的强度进行控顶，充填料浆集中在控顶装置内，与传统充填采矿法相比减少了充填料浆用量，提高了充填料浆利用率，降低单位矿石充填成本。

8、根据本申请的第一方面实施例所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，所述安装部包括主管和定位管，所述定位管设置在所述主管的一端，所述主管的另一端用于设置所述开合部。

9、根据本申请的第一方面实施例所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，所述定位管的一端周侧壁设置为用于安装的引导面；

10、所述安装部包括固定楔片，所述固定楔片均匀布置在所述主管两端之间的周侧壁上。

11、根据本申请的第一方面实施例所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，所述开合部包括多个柔性管道，各所述柔性管道以所述安装部为基准均匀地柔性连接在所述安装部的周侧，且各所述柔性管道的一端连通所述安装部内；

12、所述主体结构包括弯管和延长管，所述上支撑管道的一端从所述柔性管道的另一端伸入，所述上支撑管道的另一端连接所述延长管的一端，所述延长管的另一端通过所述弯管与所述下支撑管道可拆卸连接。

13、根据本申请的第一方面实施例所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，所述预留控顶装置还包括支架、套筒、固定架，所述支架设置在相邻的两个所述柔性管道之间，各所述套筒分别滑动设置在各所述支架上，各所述固定架的一端连接所述套筒，各所述固定架的另一端铰接所述安装部。

14、根据本申请的第一方面实施例所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，所述预留控顶装置还包括至少两个传感器，各所述传感器呈对角地分布在所述主体结构上。

15、根据本申请第二方面实施例的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置的安装方法，包括以下步骤：

16、进行充填采矿法的开采作业，在已开采区域顶板上提前打好适合安装部尺寸的第一定位孔，在周边矿柱底部根据实际需要打下第二定位孔，充填管道在开采后进行布置；

17、充填采矿法的回采完毕后，将主体结构安装在顶板提前预留的第一定位孔并根据采场尺寸展开，进而连接下支撑管道；

18、将充填管道进行管道延伸，使充填管道与预留控顶装置连接，完成充填管道与预留控顶装置的一体化进程；

19、进行料浆充填作业，并使充填料浆被输入至预留控顶装置；

20、进行养护作业，直至预留控顶装置管道内部的充填料浆形成一定强度，并能够与顶板、周边矿柱形成协同控顶作用。

21、根据本申请的第二方面实施例所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置的安装方法，主体结构连接下支撑管道后，在主体结构上进行传感器布设，传感器对顶板传递的力学参数进行监测，根据动态监测结果调整充填强度。

22、根据本申请的第二方面实施例所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置的安装方法，根据现场结合矿山地质条件进行第一定位孔的布设施工，第二定位孔以第一定位孔为基准进行“矩形式”四角打孔，各第二定位孔的打孔工作完成后，进行主体结构、下支撑管道的组装。

23、根据本申请的第二方面实施例所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置的安装方法，充填管道在开采后布置在通风巷中，充填管道预留时提前在各需要进行充填的中段、分段、分层留有管道弯头，管道弯头尺寸根据各矿山充填材料强度、矿山地质条件确定。

24、不难理解，本申请第二方面实施例中的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置的安装方法，具有如前所述第一方面实施例中的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置的技术效果，因而不再赘述。

25、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，其特征在于：所述安装部包括主管和定位管，所述定位管设置在所述主管的一端，所述主管的另一端用于设置所述开合部。

3.根据权利要求2所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，其特征在于：所述定位管的一端周侧壁设置为用于安装的引导面；

4.根据权利要求1所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，其特征在于：所述开合部包括多个柔性管道，各所述柔性管道以所述安装部为基准均匀地柔性连接在所述安装部的周侧，且各所述柔性管道的一端连通所述安装部内；

5.根据权利要求4所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，其特征在于：所述预留控顶装置还包括支架、套筒、固定架，所述支架设置在相邻的两个所述柔性管道之间，各所述套筒分别滑动设置在各所述支架上，各所述固定架的一端连接所述套筒，各所述固定架的另一端铰接所述安装部。

6.根据权利要求4所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置，其特征在于：所述预留控顶装置还包括至少两个传感器，各所述传感器呈对角地分布在所述主体结构上。

7.一种如权利要求1至6任一项所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置的安装方法，其特征在于：主体结构连接下支撑管道后，在主体结构上进行传感器布设，传感器对顶板传递的力学参数进行监测，根据动态监测结果调整充填强度。

9.根据权利要求7所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置的安装方法，其特征在于：根据现场结合矿山地质条件进行第一定位孔的布设施工，第二定位孔以第一定位孔为基准进行“矩形式”四角打孔，各第二定位孔的打孔工作完成后，进行主体结构、下支撑管道的组装。

10.根据权利要求7所述的适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置的安装方法，其特征在于：充填管道在开采后布置在通风巷中，充填管道预留时提前在各需要进行充填的中段、分段、分层留有管道弯头，管道弯头尺寸根据各矿山充填材料强度、矿山地质条件确定。

技术总结本申请公开了一种适用于地下矿山充填采矿法的预留控顶装置及安装方法，装置包括主体结构，包括安装部、开合部和上支撑管道，各上支撑管道间隔设在开合部上，开合部以安装部为基准可开合设置；下支撑管道分别与各上支撑管道连接；充填管道与主体结构连接并用于连通上支撑管道。利用安装部插入顶板增强控顶作用，下支撑管道作用在两帮或周边矿柱，加强对顶板的支撑作用，保障了空区稳定性，降低发生顶板垮塌、冒顶等事故发生可能性，减小了现场施工人员的生命安全隐患。利用充填料浆在养护期后产生的强度进行控顶，充填料浆集中在控顶装置内，与传统充填采矿法相比减少了充填料浆用量，提高了充填料浆利用率，降低单位矿石充填成本。技术研发人员：任高峰,徐芙鸿,葛永翔,张露伟,张聪瑞,王德全受保护的技术使用者：武汉理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4