一种矿用微生物砂柱支护结构及其工作方法

摘要

本发明公开了一种矿用微生物砂柱支护结构及其工作方法，包括柔性模袋、以及置于柔性模袋的核心模具，核心模具由多个上下连接的单体模具组成，每个单体模具由内层挡板和外层挡板组成，内层挡板和外层挡板贴紧，内层挡板和外层挡板中均开设有若干孔，且内层挡板的孔的孔径小于外层挡板的孔的孔径，每个单体模具的外层挡板上下两端均设置有限位孔，相邻的单体模具之间通过固定杆连接，固定杆分别穿过下一层单体模具上端的限位孔和上一层单体模具下端的限位孔；柔性模袋与核心模具之间的空间中填充有胶结液，柔性模袋的上端设置有注液口，下端设置有排液口。本发明解决了地下开采过程中巷道支护灵活性差、节能环保有待提升，成本较高，固体废弃物难处理的问题。

权利要求

1.一种矿用微生物砂柱支护结构的工作方法，其特征在于：所述种矿用微生物砂柱支护结构包括柔性模袋（4）、以及置于柔性模袋（4）的核心模具，所述核心模具由多个上下连接的单体模具组成，每个单体模具由内层挡板（1）和外层挡板（2）组成，内层挡板（1）和外层挡板（2）贴紧，内层挡板（1）和外层挡板（2）中均开设有若干孔，且内层挡板（1）的孔的孔径小于外层挡板（2）的孔的孔径，每个单体模具的外层挡板（2）上下两端均设置有限位孔（7），相邻的单体模具之间通过固定杆（3）连接，固定杆（3）分别穿过下一层单体模具上端的限位孔（7）和上一层单体模具下端的限位孔（7）；所述柔性模袋（4）与核心模具之间的空间中填充有胶结液，柔性模袋（4）的上端设置有注液口（5），下端设置有排液口（6）；所述方法包括以下步骤：步骤一，将柔性模袋（4）放置在地板上铺好，将内层挡板（1）与外层挡板（2）自然贴紧后，组装成单体模具，然后放置在柔性模袋（4）的中心位置；

步骤二，将骨料颗粒与微生物菌液、固定液搅拌均匀，得到骨料，将骨料倒入内层挡板（1）内部，每填满下一层的单体模具，再将上一层的单体模具向上升，并用固定杆（3）穿过下一层单体模具上部的限位孔（7）和上一层单体模具下部的限位孔（7）；

步骤三，重复步骤二直至单体模具碰触巷道顶板，在触碰顶板后继续从单体模具的外层挡板（2）的孔中向内部填充混合后的骨料，直至填充满模具；将柔性模袋（4）向上提起并固定在巷道顶板上，打开注液口（5）将胶结液灌入其中；

步骤四，7天之后把柔性模袋（4）下部的排液口（6）打开，流出胶结液，然后拆除柔性模袋（4）。

2.根据权利要求1所述的矿用微生物砂柱支护结构的工作方法，其特征在于：所述骨料颗粒为煤矸石、尾矿砂的一种或两种的混合，颗粒粒径不超过5mm。

3.根据权利要求1所述的矿用微生物砂柱支护结构的工作方法，其特征在于：所述微生物菌液为含有产脲酶菌的菌液。

4.根据权利要求1所述的矿用微生物砂柱支护结构的工作方法，其特征在于：所述固定液是浓度为10‑100mmol/L的含钙离子溶液。

5.根据权利要求1所述的矿用微生物砂柱支护结构的工作方法，其特征在于：所述胶结液为尿素和含钙离子的混合溶液，胶结液的浓度为0.5‑3mol/L。

说明书

一种矿用微生物砂柱支护结构及其工作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种矿用微生物砂柱支护结构及其工作方法，属于地下矿井巷道支护研究领域。

背景技术

[0002] 在煤炭资源开采的过程中，稳定的巷道会方便原煤的运输、设备的输送以及保证工作人员的安全。目前巷道支护采用木材等临时支护、混凝土喷浆等永久性支护、锚杆锚索等技术，起到加固和稳定上覆岩层、巷道顶底板和巷帮的作用。但是这些现有的技术会增加经济成本，木材、混凝土的使用也会造成不良的环境影响。其次，煤矿和金属矿开采会产生大量的煤矸石和尾矿，大部分煤矸石常年在地面堆积形成矸石山，尾矿砂还有重金属离子，没有合理处置的矸石和尾矿砂不仅会造成环境污染而且还有一定的安全隐患。所以需要一种可以对环境友好且经济适宜的技术来替代传统支护方法。

[0003] 微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术可以固结松散砂子成为一个具有强度的整体。该方法是利用微生物产生碳酸根离子，再去结合钙离子即可形成高强度砂柱。该技术不仅不会产生对环境有害的物质，还可以降低传统砂柱固结技术的成本。目前，实现MICP技术的工艺方法有拌和法和灌注法两种。但拌和法制备出的砂柱强度太低，而灌注法则需要不停的灌入菌液和胶结液，会造成资源浪费，不经济实用，因此两种工艺方法都不能满足于构建巷道支护结构的需求。综上所述，亟需研究一种能够利用微生物技术处理固废、经济环保、方便简单、强度满足需求的矿用支柱结构及其制备工作方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种矿用微生物砂柱支护结构及其工作方法，以解决地下开采过程中巷道支护灵活性差、节能环保有待提升，成本较高，固体废弃物难处理的问题。

[0005] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

[0006] 一种矿用微生物砂柱支护结构，包括柔性模袋、以及置于柔性模袋的核心模具，所述核心模具由多个上下连接的单体模具组成，每个单体模具由内层挡板和外层挡板组成，内层挡板和外层挡板贴紧，内层挡板和外层挡板中均开设有若干孔，且内层挡板的孔的孔径小于外层挡板的孔的孔径，每个单体模具的外层挡板上下两端均设置有限位孔，相邻的单体模具之间通过固定杆连接，固定杆分别穿过下一层单体模具上端的限位孔和上一层单体模具下端的限位孔；所述柔性模袋与核心模具之间的空间中填充有胶结液，柔性模袋的上端设置有注液口，下端设置有排液口。

[0007] 进一步的，所述内层挡板的孔径为0.1‑0.4mm，外层挡板的厚度为5‑15mm，孔径为10‑20mm。

[0008] 进一步的，所述内层挡板的材质为304不锈钢，外层挡板的材质为聚氯乙烯。

[0009] 进一步的，所述柔性模袋由丙纶、涤纶等合成纤维材质的长丝制成。

[0010] 进一步的，所述核心模具的形状为圆柱形，其直径为300mm。

[0011] 一种矿用微生物砂柱支护结构的工作方法，包括以下步骤：

[0012] 步骤一，将柔性模袋放置在地板上铺好，将内层挡板与外层挡板自然贴紧后，组装成单体模具，然后放置在柔性模袋的中心位置；

[0013] 步骤二，将骨料颗粒与微生物菌液、固定液搅拌均匀，得到骨料，将骨料倒入内层挡板内部，每填满下一层的单体模具，再将上一层的单体模具向上升，并用固定杆穿过下一层单体模具上部的限位孔和上一层单体模具下部的限位孔；

[0014] 步骤三，重复步骤二直至单体模具碰触巷道顶板，在触碰顶板后继续从单体模具的外层挡板的孔中向内部填充混合后的骨料，直至填充满模具；将柔性模袋向上提起并固定在巷道顶板上，打开注液口将胶结液灌入其中；

[0015] 步骤四，7天之后把柔性模袋下部的排液口打开，流出胶结液，然后拆除柔性模袋。

[0016] 进一步的，所述骨料颗粒为煤矸石、尾矿砂的一种或两种的混合，颗粒粒径不超过5mm且级配良好。

[0017] 进一步的，所述微生物菌液为含有产脲酶菌的菌液。

[0018] 进一步的，所述固定液是浓度为10‑100mmol/L的含钙离子溶液。

[0019] 进一步的，所述胶结液为尿素和含钙离子的混合溶液，胶结液的浓度为0.5‑3mol/L。

[0020] 有益效果：本发明提供一种矿用微生物砂柱支护结构及其工作方法，直接采用煤矸石或尾矿砂为主要骨料，可以有效减少固体废弃物对环境的污染。核心模具是由价格低廉的聚氯乙烯材料和不锈钢网组成，柔性模袋成本低。整体工艺布置简单，减少人力劳动量，效率高，最终支柱支护强度高，应用及推广价值巨大。附图说明：

[0021] 图1是本发明的矿用微生物砂柱支护结构示意图；

[0022] 图2是本发明的单体模具连接处示意图；

[0023] 图中：1、内层小孔挡板；2、外层开孔挡板；3、固定杆；4、柔性模袋；5、注液口；6、排液口；7、限位孔

[0024] 具体实施方法：

[0025] 下面结合附图对本发明做进一步说明。

[0026] 一种矿用微生物砂柱支护结构，包括柔性模袋4、以及置于柔性模袋4的核心模具，核心模具由多个上下连接的单体模具组成，每个单体模具由内层挡板1和外层挡板2组成，内层挡板1和外层挡板2贴紧，内层挡板1和外层挡板2中均开设有若干孔，且内层挡板1的孔的孔径小于外层挡板2的孔的孔径，每个单体模具的外层挡板2上下两端均设置有限位孔7，相邻的单体模具之间通过固定杆3连接，固定杆3分别穿过下一层单体模具上端的限位孔7和上一层单体模具下端的限位孔7；柔性模袋4与核心模具之间的空间中填充有胶结液，柔性模袋4的上端设置有注液口5，下端设置有排液口6。

[0027] 内层挡板1的孔径为0.1‑0.4mm，外层挡板2的厚度为5‑15mm，孔径为10‑20mm。

[0028] 内层挡板1的材质为304不锈钢，外层挡板2的材质为聚氯乙烯。柔性模袋4由丙纶、涤纶等合成纤维材质的长丝制成。

[0029] 核心模具的形状为圆柱形，其直径为300mm。

[0030] 一种矿用微生物砂柱支护结构的工作方法，包括以下步骤：

[0031] 步骤一，在需要布置支柱的地方夯实底板，将柔性模袋4放置在地板上铺好，将内层挡板1与外层挡板2自然贴紧后，组装成单体模具，然后放置在柔性模袋4的中心位置；

[0032] 步骤二，将砂土颗粒与微生物菌液、固定液搅拌均匀，得到骨料，将骨料倒入内层挡板1内部，每填满下一层的单体模具，再将上一层的单体模具向上升，并用固定杆3穿过下一层单体模具上部的限位孔7和上一层单体模具下部的限位孔7；

[0033] 步骤三，重复步骤二直至单体模具碰触巷道顶板，在触碰顶板后继续从单体模具的外层挡板2的孔中向内部填充混合后的骨料，直至填充满模具；将柔性模袋4向上提起并固定在巷道顶板上，打开注液口5将胶结液灌入其中；

[0034] 步骤四，7天之后把柔性模袋4下部的排液口6打开，流出胶结液，然后拆除柔性模袋4。

[0035] 其中，骨料颗粒为煤矸石、尾矿砂的一种或两种的混合，颗粒粒径不超过5mm且级配良好。微生物菌液为含有产脲酶菌的菌液。固定液是浓度为10‑100mmol/L的含钙离子溶液。胶结液为尿素和含钙离子的混合溶液，胶结液的浓度为0.5‑3mol/L。实施例：

[0036] 1、前期底板布置和核心模具制备

[0037] 在需要布置支柱的地方夯实底板，将柔性模袋4放置在地板上铺好。内层小孔挡板1与外层开孔挡板2自然贴紧后，按照内径由大到小嵌套在一起放置在柔性模袋4中心位置。

[0038] 2、微生物骨料制备与填充

[0039] 在将煤矸石或尾矿砂与微生物菌液、固定液搅拌均匀倒入内层小孔挡板1内部，利用自重压实。每填满下一层的单体模具，再将上一层的单体模具向上升，并用固定杆3穿过下一层单体模具上部的限位孔7和上一层单体模具下部的限位孔7。重复上述步骤直至单体模具碰触巷道顶板，在触碰顶板后继续从单体模具的外层开孔挡板2的孔中向内部填充混合后的骨料，直至填充满模具。

[0040] 3、开始浸泡

[0041] 将柔性模袋4向上提起并固定在巷道顶板上。打开注液口5将胶结液灌入其中。等待7天，7天后打开排液口6并拆除柔性模袋。

[0042] 本发明方案制作出的巷道支柱，可以实现固体废弃物的环保处置，支护高度可按实际情况而定，并且操作简单、经济合理、安全高效，可以实现有效和长期维护巷道稳定的目的。

[0043] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。