本发明属于矿房充填接顶技术领域，更具体地说，涉及一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法。
背景技术：
随着地下矿山开采深度的增加，可持续发展、绿色矿山理念的深入推广，充填采矿方法在矿山企业运用的比例逐年提高，并有取代传统崩落采矿法、空场采矿法的趋势。充填采矿法是一种能适应于矿体赋存于各种复杂地质条件下的采矿方法，能有效降低采矿工作的风险，同时可有效提高矿石回收率和降低采矿贫化率，提高矿石产出质量，进而提高设备的能力，降低人员劳动强度。并可减少因地压活动造成的片帮、冒顶及地表塌陷问题。但充填采的法存在充填接顶效果差的问题。我国矿山企业多采用空场采矿法、崩落采矿法，相对安全可靠的充填采矿法并未得到大力推广，人们普遍认为充填采矿法需另外配套建设一套充填系统，增加前期资金投入，并且充填采矿法会提高采矿生产成本。经大量实际调研发现，采用其他采矿方法需大量土地征迁，且土地征迁难度极大、费用极高；尾矿库建设及后期维护需持续投入大量资金，与充填采矿法相比较而言，资金投入量与工作难度并未减少很多。
国内现有使用充填采矿法的矿山企业采空区接顶效果普遍偏差，部分矿山使用人工接顶、强制接顶、改变空顶形状等方法进行接顶，上述接顶方式普遍存在安全风险大、人员劳动强度大、操作不便、工期较长、接顶效果差等的缺点。
针对上述问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号cn201410496383.6，公开日为2015年03月11日，该专利公开了一种提高矿体充填接顶率的方法，包括以下步骤：a、布置采场；b、改变顶板形状；c、架设充填管和排气管；d、打眼装药；e、充填；f、脱水；g、断管；h、强制接顶。对采场和顶板形状作了一定的布置和修改，对充填管和排气管作了合理的架设，且选择了合适的充填料及其充填料料浆进行充填，同时，在充填过程中进一步脱水提高无水率以及通过断管形成多点下料，最后通过采用微差爆破崩落矿柱上面支撑顶板的局部岩柱强制接顶，从而达到密实接顶。该专利的不足之处在于：步骤繁琐，操作人员的劳动强度较大，并且成本较高。
又如中国专利申请号cn201810400105.4，公开日为2018年11月16日，该专利公开了一种采场充填的接顶方法，所述方法为先用矿渣将采场空区进行充填至一定高度后，即得剩余空区，对剩余空区进行高度测量，确认最高点位置，在最高点处安装空心锚杆，在空心锚杆上安装充填管；在最高点位置安装第一脱水管和脱水管，再按高度差从上至下安装第三脱水管、第二脱水管；将剩余空区与进路或联络道之间的通口进行封堵，再对充填管内输送充填料浆，实现对剩余空区接顶充填。该专利的不足之处在于：三个脱水管的安装耗费大量的人力，且使得工作人员进入采空区次数较多，其安全风险对应增加。
技术实现要素：
1、要解决的问题
针对现有技术中充填采矿法的采空区接顶效果差、安全风险高的问题，本发明提供了一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法。本发明通过施工简易平台，在简易平台上完成对接顶硐室的施工以及接顶硐室内管道的设置，整个步骤极大减少了人员进行采空区的次数以及作业时间，有效降低人员的安全风险；并且依据采空区大小布置若干个接顶硐室，通过若干个充填接顶管均匀上料，排气观察管监测充填接顶情况，在保证安全的同时提高充填接顶率。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，包括以下步骤：
a、施工简易平台：对已经完成的采空区大量充填的采场进行接顶预填充，充填体不充满至采空区顶板，对充填体进行养护，养护完成后形成供工人操作的简易平台；
b、施工充填接顶硐室：在采空区顶板的高处选择作为充填接顶硐室中点的点，依据中点确定充填接顶硐室轮廓，再对采空区顶板进行凿岩施工，施工后爆破形成充填接顶硐室；
c、施工悬挂装置与支架：在充填接顶硐室内设置悬挂装置；在简易平台上设置支架；
d、施工充填接顶管和排气观察管：将充填接顶管和排气观察管均通过悬挂装置引入至充填接顶硐室内，均通过支架固定，且将充填接顶管与充填主管道连接，排气观察管连接至联巷内；
e、施工充填接顶：充填接顶管下料时当排气观察管第一次出水后停止充填，当排气观察管排水后充填接顶管继续充填，至排气观察管出浆后停止充填，此时充填接顶施工结束。
更进一步的，所述步骤a中充填体充填的高度距离采空区顶板2.2m至2.6m，且充填体的养护时间为8h至12h。
更进一步的，在步骤a之后步骤b之前还包括安全检查步骤：在养护完成后的简易平台上检查采空区顶板是否存在浮石，若存在则及时清理。
更进一步的，所述这步骤c中悬挂装置的具体施工步骤为：
1)在充填接顶硐室内开设若干个锚杆孔；
2)用锚杆依次将红色锚固剂和蓝色锚固剂分别送入锚杆孔中并进行转动搅拌；
3)若干个锚杆的一端均固定在锚杆孔内，另一端相互搭接并在搭接处采用焊接固定。
更进一步的，步骤1)中在充填接顶硐室中点的两侧分别设置有一个锚杆孔，且锚杆孔直径为32～36mm，锚杆孔的角度呈与充填接顶硐室水平面夹角45°设置。
更进一步的，步骤c中支架的具体施工步骤为：先在简易平台向下的地方开设三个锚杆孔；然后用锚杆依次将红色锚固剂和蓝色锚固剂分别送入锚杆孔中并进行转动搅拌；最后将三个锚杆孔的一端均固定在锚杆孔内，三个锚杆孔的另一端固定成一个整体。
更进一步的，充填接顶硐室内的锚杆打入长度为1.4m，外露长度为0.6m；简易平台上的锚杆打入深度为0.4m，外露长度为1.6m。
更进一步的，所述步骤d中充填接顶管的管口与排气观察管的管口之间的水平距离和垂直距离均不得小于30cm。
更进一步的，充填接顶管的材质为聚乙烯，排气观察管为波纹管。
更进一步的，所述步骤b中采用气腿凿岩机对采空区顶板进行凿岩施工。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过在简易平台上对采空区顶板施工接顶硐室，在接顶硐室内布置管道的悬挂装置，在简易平台上布置支架而后将充填接顶管与排气观察管布置在相应位置，最后完成对矿房充填接顶工作，整个步骤极大减少了人员进行采空区的次数以及作业时间，有效降低人员的安全风险；并且依据采空区大小布置若干个接顶硐室，通过若干个充填接顶管均匀上料，排气观察管监测充填接顶情况，在保证安全的同时提高充填接顶率；
(2)本发明将若干个充填接顶硐室内的充填接顶管均与充填主管连接，方便物料同时进行操作，提高矿房充填接顶的效率；并且充填接顶料浆缓慢均匀上升有效消除了采空区内的空洞现象，再通过排气观察管实时监测充填接顶的情况，保证一次充填结束后所有水的排出，再进行二次补浆，防止因充填体沉缩造成充填体与空区顶板不能严密接实造成安全隐患；
(3)本发明充填体充填的高度距离采空区顶板2.2m至2.6m，方便后续步骤中接顶硐室的施工，在保证接顶硐室施工顺利的情况下给予施工人员较大的空间，提高安全性能；且在简易平台施工养护完成后对简易平台上方的采空区顶板进行检查清理，使得后续施工操作顺利的同时保证操作人员的人身安全；
(4)本发明因在施工简易平台时对充填体进行8h到12h的养护，继而对采空区进行大规模接顶时可以采用连续充填，无需再进行分次充填，后期排气观察管排水只需2h到4h，有效减少了充填接顶作业时长，提高劳动生产率，有效降低了人员的开支；
(5)本发明充填接顶管的管口与排气观察管的管口之间的水平距离和垂直距离均不得小于30cm，防止充填料浆堵塞排气观察管造成接顶失败；且充填接顶管的材质为聚乙烯，此材质耐腐蚀能力较强且化学性质稳定，具有较高的使用寿命；排气观察管采用波纹管，施工方便且波纹管的使用寿命与耐腐蚀能力较高。
附图说明
图1为本发明的施工过程图；
图2为本发明施工完成后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
充填采矿法能够极大减小向尾矿库排尾，合理的解决了尾矿库库容减小速度快、筑坝频率高、征地动迁难及后期持续投入维护费用等问题，并且可减少因溃坝所带来的安全隐患；因此在近年来，充填采矿法被矿山企业应用较多；但充填采矿法存在较大的问题即为采空区接顶效果偏差，且安全风险也较大；本发明提供的一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，能够保障施工人员的安全，减少施工人员进入采空区的次数以及施工时长，保障施工人员的人身安全；并且通过施工简易平台，在简易平台上向采空区顶板进行挑顶形成充填接顶硐室，并在充填接顶硐室内布置相应管道，有效提高采空区充填接顶率。在此说明的是，图1与图2中的凿岩硐室顶板即为采空区，凿岩硐室底板即为凿岩水平的底板，凿岩硐室则是指在采矿施工时，为穿孔爆破提供作业条件的硐室，在此硐室内向下施工大直径深孔为后续爆破装药提供条件。
实施例1
如图1、图2所示，一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，包括以下步骤：
a、施工简易平台：对已经完成的采空区大量充填的采场进行接顶预填充，充填体不充满至采空区顶板，对充填体进行养护，养护完成后形成供工人操作的简易平台；具体的，充填体充填的高度距离采空区顶板2.2m至2.6m后停止充填，方便后续步骤中接顶硐室的施工，在保证接顶硐室施工顺利的情况下给予施工人员较大的空间，提高施工人员的安全性能；且对充填体进行8h至12h的养护，养护时间过短充填体则不能完全凝固，达不到相应的强度；养护时间过长则耗费成本；
b、施工充填接顶硐室：在采空区顶板的高处选择作为充填接顶硐室中点的点，依据中点确定充填接顶硐室轮廓，再对采空区顶板进行凿岩施工，施工后爆破形成充填接顶硐室；具体的，根据采空区的大小，在采空区均匀布置若干个接顶硐室，接顶硐室所负责的充填接顶面积一致，可以有效做到全面控制采空区的接顶工作；更进一步的，在采空区顶板的高处选择部分点作为单个接顶硐室的中点，通过中点确定接顶硐室整体轮廓，确定好轮廓后即进行凿岩施工爆破；在本实施例中，单个接顶硐室的尺寸为长×宽×高＝1.5m×1m×1m，每个充填接顶硐室负责充填接顶面积350m2左右；采用接顶硐室均匀布置，且每个接顶硐室负责充填接顶的面积固定在350m2左右，可以全面控制采空区的接顶，并且有效提高采空区接顶效率；
c、施工悬挂装置与支架：在充填接顶硐室内设置悬挂装置；在简易平台上设置支架；具体的，在本实施例中，悬挂装置的具体施工步骤为：
1)在充填接顶硐室内开设若干个锚杆孔；
2)用锚杆依次将红色锚固剂和蓝色锚固剂分别送入锚杆孔中并进行转动搅拌；本实施例中锚杆为端头锚固型螺纹树脂锚杆，二级钢筋，直径18mm，长度l＝2m，螺纹长度70mm，强度高且耐磨损能力较强；
3)若干个锚杆的一端均固定在锚杆孔内，另一端相互搭接并在搭接处采用焊接固定形成悬挂装置，此种悬挂装置采用锚杆作为承载体使得悬挂承重能力增强，并且容易操作。其它能够作为悬挂的装置也可使用在本发明中。
d、施工充填接顶管和排气观察管：将充填接顶管和排气观察管均通过悬挂装置引入至充填接顶硐室内，均通过支架进一步固定，且将充填接顶管与充填主管道连接，排气观察管连接至联巷内；在此步骤中，先将充填接顶管和排气观察管分别引入到充填接顶硐室内，并且将两个管道悬挂在悬挂装置上，在此说明的是充填接顶管固定在悬挂装置上，排气观察管是悬挂在悬挂装置上，因为充填接顶硐室内空间有限，并且两个管道在安装时由于工作需求要错开安装，因此两个管道一个与悬挂装置接触固定，一个悬挂在悬挂装置上；采用铁丝绕成“8”字形将充填接顶管固定在悬挂装置上；起到固定缠绕的作用；用钢丝绳将排气观察管悬挂在悬挂装置上，钢丝绳能够有效提供拉力，并且可以承受排气观察管自身的重量；待悬挂结束后，将两个管道的悬吊部分通过铁丝绕“8”字分别固定在不同的支架上，进一步对两个管道进行固定，使得两个管道工作顺利；在此步骤中，因为采空区具有若干个充填接顶硐室，因此将每个充填接顶硐室内的充填接顶管到和排气观察管做好相应标记，为了后续能够方便对每个充填接顶硐室的观察，简单准确，有效提高了整体的工作效率；
e、施工充填接顶：充填接顶管下料时当排气观察管第一次出水后停止充填，当排气观察管排水2h打到4h后充填接顶管继续充填，至排气观察管出浆后停止充填，此时充填接顶施工结束。因采空区均匀布置若干个充填接顶硐室，单个充填接顶硐室内设置有充填接顶管与排气观察管，在完成充填接顶时，若干个充填接顶管同时上料，提高效率。
本发明中劳动人员只需在充填结顶硐室的施工和管道布置安装进入采空区，极大减小操作人员进入采空区的次数以及作业时长，有效保证了劳动人员的人身安全；并且降低劳动人员的操作难度，当充填接顶管和排气观察管安装完成后劳动人员只需在联巷内操作充填接顶管的闸阀开关和及时对观察排气管的管口进行观察，无需反复拖拽充填接顶管到进行充填决定作业；通过布置若干个充填接顶硐室，全面控制采空区的接顶，极大提高了矿房充填接顶率；整体成本投入较低，具有较高的推广意义。
实施例2
基本同实施例1，具体的，步骤c中的步骤1)中在充填接顶硐室中点的两侧分别设置有一个锚杆孔，且锚杆孔直径为32～36mm，锚杆孔的角度呈与充填接顶硐室水平面夹角45°设置；在充填接顶硐室中点的两侧设置锚杆孔，且锚杆孔呈与水平面夹角45°设置，使得连个锚杆搭接处为一个直角，具有较高的稳固性能与承重能力，使得两个管道与悬挂装置之间的连接我呢股，不易发生脱落；且步骤c中支架的具体施工步骤为：先在简易平台向下的地方开设三个锚杆孔；然后用锚杆依次将红色锚固剂和蓝色锚固剂分别送入锚杆孔中并进行转动搅拌；最后将三个锚杆孔的一端均固定在锚杆孔内，三个锚杆孔的另一端固定成一个整体；利用三个锚杆两两呈三角形设置形成一个支架，具有较高的稳定性，能够对两个管道起到足够支撑与固定的作用，使得两个管道工作顺利。
更具体的，充填接顶硐室内的锚杆打入长度为1.4m，外露长度为0.6m；简易平台上的锚杆打入深度为0.4m，外露长度为1.6m；充填接顶硐室内锚杆打入深度较多是为了能够使得充填接顶管和排气观察管能够悬挂稳定，使其能够对充填接顶硐室工作顺利；简易平台上的锚杆打入深度较浅，因为简易平台上的锚杆对两个管道仅仅起到支撑的作用，打入较深成本较高，造成一定的资源浪费。
实施例3
基本同实施例2，优选的，在步骤a之后步骤b之前还包括安全检查步骤：在养护完成后的简易平台上检查采空区顶板是否存在浮石，若存在则及时清理，保证操作人员的安全，避免在进行后续施工时采空区顶板存在的浮石下落造成安全隐患。
实施例4
基本同实施例3，优选的，所述步骤d中充填接顶管的管口与排气观察管的管口之间的水平距离和垂直距离均不得小于30cm，防止充填料浆堵塞排气观察管造成接顶失败；因为当排气观察管出水时，说明充填接顶工作已经开始，当排气观察管出浆时，说明料浆已经进入到充填接顶硐室内，此时接顶工作完成；如果两个管道的管口之间的垂直距离与水平距离过小的话会造成排放的充填料浆将排气观察管堵塞，此时便无法通过排气观察管的出水、出浆情况对接顶情况进行一个判断，继而造成工作不能顺利进行。
更具体的，充填接顶管的材质为聚乙烯，此材质耐腐蚀能力较强且化学性质稳定，具有较高的使用寿命；排气观察管为波纹管，施工方便且波纹管的使用寿命与耐腐蚀能力较高。且所述步骤b中采用气腿凿岩机对采空区顶板进行凿岩施工，操作维修方便且成本较低。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
1.一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、施工简易平台：对已经完成的采空区大量充填的采场进行接顶预填充，充填体不充满至采空区顶板，对充填体进行养护，养护完成后形成供工人操作的简易平台；
b、施工充填接顶硐室：在采空区顶板的高处选择作为充填接顶硐室中点的点，依据中点确定充填接顶硐室轮廓，再对采空区顶板进行凿岩施工，施工后爆破形成充填接顶硐室；
c、施工悬挂装置与支架：在充填接顶硐室内设置悬挂装置；在简易平台上设置支架；
d、施工充填接顶管和排气观察管：将充填接顶管和排气观察管均通过悬挂装置引入至充填接顶硐室内，均通过支架固定，且将充填接顶管与充填主管道连接，排气观察管连接至联巷内；
e、施工充填接顶：充填接顶管下料时当排气观察管第一次出水后停止充填，当排气观察管排水后充填接顶管继续充填，至排气观察管出浆后停止充填，此时充填接顶施工结束。
2.根据权利要求1所述的一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，其特征在于：所述步骤a中充填体充填的高度距离采空区顶板2.2m至2.6m，且充填体的养护时间为8h至12h。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，其特征在于：在步骤a之后步骤b之前还包括安全检查步骤：在养护完成后的简易平台上检查采空区顶板是否存在浮石，若存在则及时清理。
4.根据权利要求1所述的一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，其特征在于：所述这步骤c中悬挂装置的具体施工步骤为：
1)在充填接顶硐室内开设若干个锚杆孔；
2)用锚杆依次将红色锚固剂和蓝色锚固剂分别送入锚杆孔中并进行转动搅拌；
3)若干个锚杆的一端均固定在锚杆孔内，另一端相互搭接并在搭接处采用焊接固定。
5.根据权利要求4所述的一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，其特征在于：步骤1)中在充填接顶硐室中点的两侧分别设置有一个锚杆孔，且锚杆孔直径为32～36mm，锚杆孔的角度呈与充填接顶硐室水平面夹角45°设置。
6.根据权利要求4所述的一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，其特征在于：步骤c中支架的具体施工步骤为：先在简易平台向下的地方开设三个锚杆孔；然后用锚杆依次将红色锚固剂和蓝色锚固剂分别送入锚杆孔中并进行转动搅拌；最后将三个锚杆孔的一端均固定在锚杆孔内，三个锚杆孔的另一端固定成一个整体。
7.根据权利要求6所述的一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，其特征在于：充填接顶硐室内的锚杆打入长度为1.4m，外露长度为0.6m；简易平台上的锚杆打入深度为0.4m，外露长度为1.6m。
8.根据权利要求1所述的一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，其特征在于：所述步骤d中充填接顶管的管口与排气观察管的管口之间的水平距离和垂直距离均不得小于30cm。
9.根据权利要求8所述的一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，其特征在于：充填接顶管的材质为聚乙烯，排气观察管为波纹管。
10.根据权利要求1所述的一种利用挑顶提高矿房充填接顶率的方法，其特征在于：所述步骤b中采用气腿凿岩机对采空区顶板进行凿岩施工。
技术总结