一种用于出矿巷道支护的高强度负泊松比结构、支护设施及施工工艺

本发明涉及采矿，具体涉及一种用于出矿巷道支护的高强度负泊松比结构、支护设施及施工工艺。

背景技术：

1、国内大部分矿山企业在采用上向水平分层充填法、上向分层进路充填法和嗣后充填采矿法时隔一采一的方法以保证充填体稳定性，但是不可避免地降低了矿石的回采率，造成资源浪费，部分矿山在对间柱进行回采时，在采空区内布置巷道主要有两种方式：重新掘进和预留巷道。前者先将采空区进行充填，充填体达到设计强度后再在充填体中重新掘进一条巷道，但是此方法周期长，人员资金耗费巨大，掘进过程中还可能对充填体造成损伤。后者常用的预留巷道的方法主要有：在采空区内安设封闭的刚性挡板，待充填结束后在拆除挡板，这种方式机械化程度低，施工效率低下，当来压较大时，刚性挡板没有让压作用，存在刚性挡板整体垮塌的安全隐患，充填料浆会有泄露情况，且成本较高；采用重新掘进巷道的方法时，在充填体内掘进巷道的同时如何保证充填体和巷道的稳定性成为了亟待解决的问题；目前矿山的解决方法是边掘进边根据充填体状态采用喷射混凝土、锚杆、锚网进行支护，但随着掘进巷道长度的增加，深入充填体内部时，会遇到因排水不及时不充分所造成的充填体强度不足的问题，导致在巷道掘进过程中容易出现充填体坍塌冒落的情况，目前矿山只能是在前期支护的基础上继续增加锚杆数目以达到巷道稳定。施工工艺复杂、成本较高，同时对充填体损伤较大，也不利于巷道的稳定。

2、例如：【申请号】202210722533.5，【申请日】2022.06.24，【名称】一种充填采空区预留巷道装置及其施工工艺，该工艺通过充气气垫将采空区分隔出预留巷道，在具体实施中容易出现充气气垫漏气现象，气垫的存在会影响充填料浆中水的析出，滤水不全面且效率较低，影响巷道安全和充填体的稳定。

3、例如：【申请号】202123383631.0，【申请日】2021.12.29，【名称】一种用于井下胶结充填的预留巷道装置，该装置采用可拆卸链接的挡墙单体，属于刚性支护，没有让压作用，当来压较大时，容易出现整体垮塌的风险。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提出一种用于出矿巷道支护的高强度负泊松比结构、支护设施及施工工艺。

2、为实现其目的，本发明采用以下技术方案：一种用于出矿巷道支护的高强度负泊松比结构，包括充填体、负泊松比防护模块、锚杆、锚网及沙袋，所述充填体和负泊松比防护模块之间紧密贴合，通过底板处凹槽固定，有利于充填体深部未完全泌水的充填料浆通过负泊松比防护模块进行排水，相邻负泊松比防护模块之间通过卯榫自锁结构相互咬合连接；所述锚杆打设于出矿巷道顶板与负泊松比防护模块顶端接触位置，锚杆之间铺设加装锚网；所述沙袋填塞于所述负泊松比防护模块与顶部矿体之间的缝隙。

3、进一步的，负泊松比防护模块为梯形体，两侧有凸起和凹槽结构。

4、本发明的另一种技术方案：一种出矿巷道两侧的支护设施，包括上述技术方案中的高强度负泊松比结构。

5、本发明的一种出矿巷道两侧的支护设施的施工工艺，包括如下步骤：

6、t1：在采场回采充填完毕后，需要在已完成充填的采场内开凿采场的出矿巷道过程中，先利用机械手段掘进一段出矿巷道，根据每次掘进巷道长度确定所需负泊松比防护模块的数量；

7、t2：平整巷道，在已确定负泊松比防护模块布置位置处修整突出的充填体，将出矿巷道修整成规则横截面，同时在底板两侧充填体中开凿凹槽，用于固定负泊松比防护模块；

8、t3：每掘进一段距离，将负泊松比防护模块按照顺序固定在巷道两侧底板凹槽中；其中，负泊松比防护模块为梯形体，两侧有凸起和凹槽结构，相邻两个结构块之间通过自身卯榫结构相互咬合连接形成一个整体；安装结构块时应按照结构块设计两两互相楔合，依靠负泊松比结构轴向受拉时侧向膨胀的特殊性能牢牢楔合；

9、t4：每一段巷道负泊松比防护模块安装完毕后，对巷道顶板进行加固，在巷道两侧负泊松比防护模块顶端与顶板接触位置打设锚杆，并按间距依次打设一定数量的锚杆，同时在锚杆上铺设锚网，使其成为一个支护整体；

10、t5：待负泊松比防护模块全部堆砌完毕后，在负泊松比防护模块顶部填塞入沙袋，并对其周围缝隙处进行注浆充填，使其成为一个完整支护结构；

11、t6：第一段巷道支护完成后，循环上述步骤直至巷道掘进支护完毕，最后在底板铺设混凝土路面。

12、优选的，在步骤t2中，出矿巷道尺寸为4.5m×2.5m，在巷道掘进时采用机械破岩以及砌碹平整方法使巷道更加平整，在平整巷道时采用喷射混凝土、人工修整方法，将巷道平整光滑，以方便结构块的堆砌。

13、优选的，出矿巷道两侧开凿凹槽尺寸为宽1-1.5m，深0.2-0.3m。

14、优选的，在步骤t3中，负泊松比防护模块的尺寸为1m×1m×2.5m，该模块卯榫结构处尺寸为0.2m×0.1m，相邻的负泊松比防护模块连接处为可以互相楔合的结构；模块材料选用拉伸强度在100-200mpa的高强度塑料，所述高强度塑料为尼龙或聚酰胺。

15、优选的，在步骤t4中，支护结构预设位置纵向铺设结构块时，两两相邻的纵向负泊松比防护模块需嵌入底板凹槽使其固定。

16、进一步优选的，在步骤t5中，在对已堆砌好的负泊松比结构出矿巷道支护设施周围缝隙处进行注浆充填时，需将其缝隙充满，以使其成为一个完整挡墙结构，并防止其沿缝隙开裂，同时负泊松比防护模块与顶部矿体之前存在缝隙时，应当填塞入沙袋，使整体结构更加稳固。

17、再进一步优选的，在步骤t6中，负泊松比结构出矿巷道支护设施需达到可支撑第一段掘进巷道的应力强度后方可进行下一阶段巷道的掘进。

18、本发明的有益效果：

19、与现有技术相比，本发明高强度负泊松比结构、出矿巷道支护设施及其施工方法具有较为突出的优点：

20、1、支护设施强度高，模块化程度高，易于安装，能在短时间内发挥支护巷道作用。

21、2、施工简单，材料易得到，制造成本较为低廉。

22、3、充填滤水效果好，有利于充填体内部排水，使其强度进一步增加，无须担心掘进巷道中打设锚杆对充填体造成损伤，能保证出矿巷道两侧充填体的强度，确保出矿巷道的安全稳定。

23、4、适用性广，负泊松比防护模块尺寸可以根据现场情况进行调节，能广泛应用于各类充填采矿法中。

技术特征：

1.一种用于出矿巷道支护的高强度负泊松比结构，其特征在于，包括充填体(4)、负泊松比防护模块(1)、锚杆(7)、锚网(8)及沙袋(2)，所述充填体(4)和负泊松比防护模块(1)之间紧密贴合，通过底板(3)处凹槽固定，相邻负泊松比防护模块(1)之间通过卯榫自锁结构相互咬合连接；所述锚杆(7)打设于出矿巷道(5)顶板与负泊松比防护模块(1)顶端接触位置，锚杆(7)之间铺设加装锚网(8)；所述沙袋(2)填塞于所述负泊松比防护模块(1)与顶部矿体之间的缝隙。

2.根据权利要求1所述的一种用于出矿巷道支护的高强度负泊松比结构，其特征在于，负泊松比防护模块(1)为梯形体，两侧有凸起和凹槽结构。

3.一种出矿巷道两侧的支护设施，其特征在于，包括权利要求1或2所述的高强度负泊松比结构。

4.一种权利要求3所述支护设施的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的施工工艺，其特征在于，在步骤t2中，出矿巷道(5)尺寸为4.5m×2.5m，在巷道掘进时采用机械破岩以及砌碹平整方法使巷道更加平整，在平整巷道时采用喷射混凝土、人工修整方法，将巷道平整光滑，以方便结构块的堆砌。

6.根据权利要求4所述的施工工艺，其特征在于，在步骤t2中，出矿巷道(5)两侧开凿凹槽尺寸为宽1-1.5m，深0.2-0.3m。

7.根据权利要求4所述的施工工艺，其特征在于，在步骤t3中，负泊松比防护模块(1)的尺寸为1m×1m×2.5m，该模块卯榫结构处尺寸为0.2m×0.1m，相邻的负泊松比防护模块(1)连接处为可以互相楔合的结构；模块材料选用拉伸强度在100-200mpa的高强度塑料，所述高强度塑料为尼龙或聚酰胺。

8.根据权利要求4所述的施工工艺，其特征在于，在步骤t4中，支护结构预设位置纵向铺设结构块时，两两相邻的纵向负泊松比防护模块(1)需嵌入底板凹槽使其固定。

9.根据权利要求4所述的施工工艺，其特征在于，在步骤t5中，在对已堆砌好的负泊松比结构出矿巷道支护设施周围缝隙处进行注浆充填时，需将其缝隙充满，以使其成为一个完整挡墙结构，并防止其沿缝隙开裂，同时负泊松比防护模块(1)与顶部矿体之前存在缝隙时，应当填塞入沙袋(2)，使整体结构更加稳固。

10.根据权利要求4所述的施工工艺，其特征在于，在步骤t6中，负泊松比结构出矿巷道支护设施需达到可支撑第一段掘进巷道的应力强度后方可进行下一阶段巷道的掘进。

技术总结本发明公开了一种用于出矿巷道支护的高强度负泊松比结构、支护设施及施工工艺，属于采矿技术领域。包括充填体、负泊松比防护模块、锚杆、锚网及沙袋，所述充填体和负泊松比防护模块之间紧密贴合，通过底板处凹槽固定，有利于充填体深部未完全泌水的充填料浆通过负泊松比防护模块进行排水，相邻负泊松比防护模块之间通过卯榫自锁结构相互咬合连接；所述锚杆打设于出矿巷道顶板与负泊松比防护模块顶端接触位置，锚杆之间铺设加装锚网；所述沙袋填塞于所述负泊松比防护模块与顶部矿体之间的缝隙。本发明适用性广，负泊松比防护模块尺寸可以根据现场情况进行调节，能广泛应用于各类充填采矿法中。技术研发人员：邱贤阳,邱泓杰,杨振武,李小元,支伟,谢永生,刘韦,陶明,刘乙麟受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14