无煤柱沿空留巷柔帘密封装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及沿空留巷密封装置及其应用方法,尤其涉及一种无煤柱沿空留巷柔帘密封装置及其使用方法。
背景技术
采用传统煤柱护巷的开采方法浪费了大量的煤炭资源,并且在煤柱上积聚了大量压缩弹性能,容易引发冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害,因此,无煤柱开采技术是煤矿开采发展的方向。无煤柱切顶成巷技术采用爆破超前预裂直接顶,在采场周期来压作用下,直接顶沉降至底形成巷帮,隔绝采空区,实现了无煤柱开采,改善了采场周围应力分布。无煤柱切顶成巷后,实现巷道与老塘(采空区)的彻底隔绝是留巷成功的关键。为了保证巷道与采空区彻底隔绝、不串风,传统方法往往需要采用槽钢加固巷帮,再向巷帮大量注浆的工艺,不仅浪费了大量人力、财力,而且可能影响工作面正常接替程序。目前,切顶成巷技术主要应用于薄煤层,由于老顶回转沉降幅度较小,巷帮刚性墙体和底板破坏程度尚不明显。对于厚煤层,老顶回转下沉幅度较大,若采用现有刚性墙体密封技术,极易造成巷帮的变形和底板的鼓起。
由此可见,现有技术有待于进一步的改进和提高。
发明内容
本发明为避免上述现有技术存在的不足之处,提供了一种可实现对巷道顶板的柔性让压且密封性能好的无煤柱沿空留巷柔帘密封装置及其使用方法。
本发明所采用的技术方案为:
无煤柱沿空留巷柔帘密封装置,包括支撑机构及用于封闭顺槽巷道帮壁、隔绝顺槽巷道与采空区的密封机构,密封机构包括柔性帘布及用于将柔性帘布的上边沿固定在顺槽巷道顶板、将柔性帘布的下边沿固定在顺槽巷道底板上的定位组件,支撑机构包括沿柔性帘布的长度方向对柔性帘布进行支撑的横向支撑组件及沿柔性帘布的高度方向对柔性帘布进行支撑的纵向支撑组件。
所述定位组件包括上夹板和下夹板,上、下夹板沿各自的长度方向均开设有夹槽,柔性帘布的上边沿置于上夹板的夹槽内并通过沿上夹板的长度方向均布的若干个螺栓螺母紧固件实现紧固定位,柔性帘布的下边沿置于下夹板的夹槽内并通过沿下夹板的长度方向均布的若干个螺栓螺母紧固件实现紧固定位。
所述上、下夹板分别通过锚杆连接组件与顺槽巷道顶、底板的固连,锚杆连接组件包括锚杆、紧固螺母及托盘,锚杆的一端与顺槽巷道的顶、底板固连、锚杆的另一端穿过与锚杆对应的上、下夹板并通过紧固螺母紧固定位,托盘设置在紧固螺母与上、下夹板之间。
所述上夹板和下夹板均为柔性夹板,上、下夹板均由橡胶阻燃材料制成。
所述纵向支撑组件与横向支撑组件位于柔性帘布的同一侧,所述纵向支撑组件包括导向杆,导向杆包括彼此相连的固定杆和活动杆,固定杆位于活动杆的下方,活动杆能够沿柔性帘布的高度方向升降,固定杆的外径大于活动杆的外径,固定杆的底端与下夹板相连,活动杆的顶端与上夹板相连;所述横向支撑组件包括若干根横向支撑杆,若干根横向支撑杆在柔性帘布的高度方向上等距离分布;所述柔性帘布与各横向支撑杆的相对位置处沿柔性帘布的长度方向设置有若干个横向支撑杆定位部,各横向支撑杆定位部均包括两根绑扎布条,两根绑扎布条的一端分别与柔性帘布固连、另一端相互配合形成对横向支撑杆的绑扎定位。
所述固定杆和活动杆沿各自的高度方向分别通过若干个卡扣组件与对应高度处的横向支撑杆相连,各卡扣组件均包括第一卡箍和第二卡箍,第一卡箍套置在固定杆和活动杆上,第二卡箍套置在横向支撑杆上,第一卡箍通过连接杆与第二卡箍相连,第一卡箍的轴线与第二卡箍的轴线相互垂直,第一卡箍与第二卡箍的结构相同但内径不同,第一卡箍的内径大于第二卡箍的内径,第一卡箍的内径大于活动杆的外径,连接时,第一卡箍紧固住固定杆,第二卡箍紧固住横向支撑杆,同时第一卡箍松套住活动杆,使柔性帘布能够随活动杆的升降而升降;所述固定杆为单体液压缸,单体液压缸内的活塞杆构成上述活动杆。
所述第一卡箍和第二卡箍均包括第一半弧段和第二半弧段,第一半弧段的一端与第二半弧段的一端为转动连接、第一半弧段的另一端与第二半弧段的另一端为固定连接;第一半弧段的一端设置有定位凸块,且定位凸块上开设有第一转孔,第二半弧段的一端开设有能够容纳定位凸块的凹槽,且第二半弧段设置凹槽的这一端的上部和下部分别开设有与第一转孔位置相对的第二转孔,第一半弧段设置定位凸块的一端与第二半弧段设置凹槽的一端通过穿过第一转孔、第二转孔的转轴实现转动连接;第一、第二半弧段的另一端均设置有定位凸板,第一半弧段的定位凸板与第二半弧段的定位凸板通过螺栓螺母紧固件实现紧固定位。
所述密封机构沿顺槽巷道长度方向靠近采空区一侧多组连接布置,相对应的,支撑机构设置有多组,各密封机构的柔性帘布沿顺槽巷道长度方向并排布置,各密封机构的柔性帘布之间通过万能粘贴扣连接,各万能粘贴扣分别设置在柔性帘布的左端和右端,各支撑机构的横向支撑杆之间通过连接螺栓、连接螺母配合连接,横向支撑杆的一端开设有螺纹孔、另一端设置有外螺纹,连接螺母一半旋入横向支撑杆的外螺纹处,连接螺栓的一端旋入横向支撑杆的螺纹孔内,连接螺栓的另一端旋入连接螺母的另一半内。
本发明还公开了一种如上所述的无煤柱沿空留巷柔帘密封装置的使用方法,该方法包括如下步骤:
步骤一,开掘首采工作面的两条顺槽及开切眼,形成首采工作面;工作面开采前,在顺槽巷道的顶板和底板处安装锚杆,同时将上、下夹板平行于顺槽底部距采煤工作面的煤壁10~15cm处固定于锚杆上,托盘通过紧固螺母将上、下夹板分别结贴到顺槽巷道的顶板和底板上;
步骤二,工作面开采前,超前定向爆破直接顶;沿下顺槽巷道贴近采煤工作面一侧打爆破钻孔,并安装炸药,进行直接顶爆破预裂切缝;
步骤三,安装柔性帘布,通过螺栓螺母紧固件将柔性帘布紧贴固定至上、下夹板的夹槽内;
步骤四,安装支撑机构,将横向支撑杆穿过柔性帘布上沿平行于顺槽巷道长度方向布置的绑扎布条进行绑扎固定,所有的横向支撑杆自下而上依次安装,然后将固定杆安装在下夹板的中间位置,单体液压缸内注入乳化液,使活动杆的顶端安装在上夹板的中间位置,之后通过第一卡箍和第二卡箍连接横向支撑杆与固定杆、活动杆;
步骤五,沿上夹板的上端面和下夹板的底端面进行喷浆处理,使上、下夹板分别紧贴顺槽巷道的顶、底板,保证其密封效果;
步骤六,依据步骤一至步骤五依次安装下一组密封机构和支撑机构,相邻两组密封机构的柔性帘布之间通过万能粘贴扣连接,相邻两组支撑机构的横向支撑杆之间通过连接螺栓和连接螺母配合连接;
步骤七,待下一工作面推过后,撤出上一工作面中用到的密封机构和支撑机构,供下条顺槽巷道使用。
所述固定杆和活动杆的初撑力大小小于支护阻力。
由于采用了上述技术方案,本发明所取得的有益效果为:
1、本发明中的柔性帘布与上、下夹板均采用了不透风的材料,各部件之间严格密封连接,保证了巷道与采空区不串风。
2、本发明中的柔性帘布、固定杆与活动杆的刚度都非常小,实现了对巷道顶板的柔性让压,克服了刚性墙体带来的巷帮破坏、底板鼓起的弊端,解决了厚煤层切顶留巷的巷帮密封问题。
3、本发明中的柔性帘布及组成支撑机构的各部件均可全部回收利用,大大节省了密封成本。
4、本发明结构简单,轻便,便于安装,密封性能好,保证了巷道与采空区彻底隔绝、不串风,且本发明的安装施工工艺简单,不影响巷道的正常接替。
附图说明
图1为本发明中的无煤柱沿空留巷柔帘密封装置在巷道内的布置图。
图2为本发明中的无煤柱沿空留巷柔帘密封装置的立体图。
图3为图2的侧视图。
图4为图3的局部放大图。
图5示出了本发明中横向支撑杆与活动杆的连接方式图。
图6为本发明中卡扣组件的结构示意图。
图7示出了本发明中相邻两柔性帘布与相邻两横向支撑杆的连接方式图。
图8为相连两横向支撑杆的连接方式示意图。
图9为相连两柔性帘布的连接方式示意图。
其中,
1、柔性帘布2、上夹板3、螺栓螺母紧固件4、下夹板5、锚杆6、托盘7、紧固螺母8、固定杆9、活动杆10、横向支撑杆11、绑扎布条12、连接螺母13、卡扣组件131、第一卡箍131.1、第一半弧段131.2、第二半弧段131.3、定位凸块131.4、转轴131.5、定位凸板132、第二卡箍133、连接杆14、连接螺栓15、螺纹孔16、万能粘贴扣17、顺槽巷道18、顺槽巷道底板19、直接顶
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明,但本发明并不限于这些实施例。
如图1至图9所示,无煤柱沿空留巷柔帘密封装置,包括支撑机构及用于封闭顺槽巷道17帮壁、隔绝顺槽巷道与采空区的密封机构,密封机构包括柔性帘布1及用于将柔性帘布1的上边沿固定在顺槽巷道17顶板、将柔性帘布1的下边沿固定在顺槽巷道17底板上的定位组件,所述柔性帘布1是采用阻燃抗静电软质PVC材料制成的,具体为以高强涤纶晶格布为骨架,PVC塑料填充制作而成;所述定位组件包括上夹板2和下夹板4,上夹板2和下夹板4均为柔性夹板,上、下夹板的柔性特性能使其适应巷道顶、底板的粗糙度,上、下夹板均由橡胶阻燃材料制成;上、下夹板沿各自的长度方向均开设有夹槽,上、下夹板沿各自的宽度方向的断面均呈V字型;柔性帘布1的上边沿置于上夹板2的夹槽内并通过沿上夹板2的长度方向均布的若干个螺栓螺母紧固件3实现紧固定位,柔性帘布1的下边沿置于下夹板4的夹槽内并通过沿下夹板4的长度方向均布的若干个螺栓螺母紧固件3实现紧固定位,而上、下夹板分别通过锚杆连接组件与顺槽巷道17顶板和顺槽巷道底板18的固连,锚杆连接组件包括锚杆5、紧固螺母7及托盘6,锚杆5的一端与顺槽巷道17的顶、底板固连、锚杆5的另一端穿过与锚杆5对应的上、下夹板并通过紧固螺母7紧固定位,托盘6设置在紧固螺母7与上、下夹板之间。
支撑机构包括沿柔性帘布1的长度方向对柔性帘布进行支撑的横向支撑组件及沿柔性帘布1的高度方向对柔性帘布1进行支撑的纵向支撑组件;所述纵向支撑组件与横向支撑组件位于柔性帘布1的同一侧,所述纵向支撑组件包括导向杆,导向杆包括彼此相连的固定杆8和活动杆9,固定杆8位于活动杆9的下方,活动杆9能够沿柔性帘布的高度方向升降,固定杆8的外径大于活动杆9的外径,固定杆8的底端与下夹板4相连,活动杆9的顶端与上夹板2相连;所述横向支撑组件包括若干根横向支撑杆10,若干根横向支撑杆10在柔性帘布1的高度方向上等距离分布;所述柔性帘布1与各横向支撑杆10的相对位置处沿柔性帘布1的长度方向设置有若干个横向支撑杆定位部,各横向支撑杆定位部均包括两根绑扎布条11,两根绑扎布条11的一端分别与柔性帘布1固连、另一端相互配合形成对横向支撑杆10的绑扎定位。需要说明的是横向支撑杆定位部的结构形式并不仅仅局限于上述的绑扎布条11的方式,还可以用粘贴扣代替绑扎布条11,只要能够实现横向支撑杆10与柔性帘布1之间的绑扎定位即可。
所述固定杆8和活动杆9沿各自的高度方向分别通过若干个卡扣组件13与对应高度处的横向支撑杆10相连,各卡扣组件13均包括第一卡箍131和第二卡箍132,第一卡箍131套置在固定杆8和活动杆9上,第二卡箍132套置在横向支撑杆10上,第一卡箍131通过连接杆133与第二卡箍132相连,第一卡箍131的轴线与第二卡箍132的轴线相互垂直,第一卡箍131与第二卡箍132的结构相同但内径不同,第一卡箍131的内径大于第二卡箍132的内径,第一卡箍131的内径大于活动杆9的外径,第一卡箍131的内径略小于固定杆8的外径,第二卡箍132的内径略小于横向支撑杆10的外径;连接时,第一卡箍131紧固住固定杆8,第二卡箍132紧固住横向支撑杆10,同时第一卡箍131松套住活动杆9,使柔性帘布1能够随活动杆9的升降而升降。也就是说,第一卡箍131与固定杆8之间是静连接,第一卡箍131与活动杆9之间是非紧固连接,这样,活动杆9升降时,可以沿第一卡箍131升降,第一卡箍131对活动杆9而言起到的是导向作用;而第二卡箍132与支撑杆10之间是静连接,第二卡箍132实现对支撑杆10的一个支撑力的同时,能够在活动杆9升降时,带动支撑杆10升降,进而带动柔性帘布1升降。
所述第一卡箍131和第二卡箍132均包括第一半弧段131.1和第二半弧段131.2,第一半弧段131.1的一端与第二半弧段131.2的一端为转动连接、第一半弧段131.1的另一端与第二半弧段131.2的另一端为固定连接;第一半弧段131.1的一端设置有定位凸块131.3,且定位凸块131.3上开设有第一转孔,第二半弧131.2段的一端开设有能够容纳定位凸块131.3的凹槽,且第二半弧段131.2设置凹槽的这一端的上部和下部分别开设有与第一转孔位置相对的第二转孔,第一半弧段131.1设置定位凸块131.8的一端与第二半弧段131.2设置凹槽的一端通过穿过第一转孔、第二转孔的转轴131.4实现转动连接;第一、第二半弧段的另一端均设置有定位凸板131.5,第一半弧段131.1的定位凸板与第二半弧段131.2的定位凸板通过螺栓螺母紧固件实现紧固定位。需要说明的是,第一卡箍131和第二卡箍132的结构形式并不仅仅局限于上述的第一半弧段131.1、第二半弧段131.2的结构形式,只要能够实现第一卡箍131能够紧固住固定杆8并松套住活动杆9,第二卡箍132能够紧固住横向支撑杆9的机械结构均可以满足要求。同样地,第一卡箍131和第二卡箍132的一端转动连接、另一端固定连接的方式也并不仅仅局限于上述的结构形式,任何可以实现两者的一端相互转动,另一端通过机械构件相互紧固的结构形式均可以。
优选的,所述导向杆为单体液压缸,单体液压缸的缸体构成上述固定杆8,单体液压缸内的活塞杆构成上述活动杆9。需要说明的是,导向杆还可设置成其它结构形式,只要能满足下部的杆件固定不动,上部的杆件能够沿柔性帘布的高度方向伸缩即可。
所述密封机构沿顺槽巷道长度方向靠近采空区一侧多组连接布置,相对应的,支撑机构设置有多组,各密封机构的柔性帘布1沿顺槽巷道长度方向并排布置,各柔性帘布1的左端和右端分别设置有万能粘贴扣16,各密封机构的柔性帘布1之间通过万能粘贴扣16粘贴相连,各支撑机构的横向支撑杆10之间通过连接螺栓14、连接螺母12配合连接,横向支撑杆10的一端开设有螺纹孔15、另一端设置有外螺纹,连接螺母12一半旋入横向支撑杆10的外螺纹处,连接螺栓14的一端旋入横向支撑杆10的螺纹孔15内,连接螺栓14的另一端旋入连接螺母12的另一半内。需要说明的是,相邻两柔性帘布1之间的连接方式并不仅仅局限于上述的万能粘贴扣16的粘贴方式,只要能将相邻两柔性连接部实现密封连接的结构形式均可满足要求;相邻两组支撑机构的两根对应的横向支撑杆10的连接方式也并不仅仅局限于上述的连接螺栓14、连接螺母12、螺纹孔15及外螺纹的结构形式,只要能够实现两根对应的横向支撑杆10的紧固连接的机械机构均可满足要求。
如图1至图9所示,本发明还公开了一种如上所述的无煤柱沿空留巷柔帘密封装置的使用方法,该方法包括如下步骤:
步骤一,开掘首采工作面两条顺槽及开切眼,形成首采工作面;工作面开采前,在顺槽巷道17的顶板和底板处安装锚杆5,同时将上、下夹板平行于顺槽巷道底部距离采煤工作面的煤壁15cm处固定于锚杆上,托盘6通过紧固螺母7将上、下夹板分别结贴到顺槽巷道17的顶板和底板上;
步骤二,工作面开采前,超前定向爆破直接顶;沿下顺槽巷道贴近采煤工作面一侧打爆破钻孔,并安装炸药,进行直接顶爆破预裂切缝;
步骤三,安装柔性帘布1,通过螺栓螺母紧固件3将柔性帘布1紧贴固定至上、下夹板的夹槽内;
步骤四,安装支撑机构,将横向支撑杆10穿过柔性帘布1上沿平行于顺槽巷道长度方向布置的绑扎布条11进行绑扎固定,所有的横向支撑杆10自下而上依次安装,然后将固定杆8安装在下夹板4的中间位置,单体液压缸内注入乳化液,使活动杆9的顶端安装在上夹板2的中间位置,之后通过第一卡箍131和第二卡箍132连接横向支撑杆10与固定杆8、活动杆9;
步骤五,沿上夹板2的上端面和下夹板4的底端面进行喷浆处理,使上、下夹板分别紧贴顺槽巷道的顶、底板,保证其密封效果;
步骤六,依据步骤一至步骤五依次安装下一组密封机构和支撑机构,相邻两组密封机构的柔性帘布1之间通过万能粘贴扣13连接,相邻两组支撑机构的横向支撑杆10之间通过连接螺栓14和连接螺母12配合连接;
步骤七,待下一工作面推过后,撤出上一工作面中用到的密封机构和支撑机构,供下条顺槽巷道使用。
所述固定杆8和活动杆9的初撑力大小远小于支护阻力,具体大小需依据顺槽巷道17的支护高度、通风风压等参数进行确定,初撑力只起到稳定柔性帘布的作用,而不要求有防止巷道顶板下沉的作用,使得直接顶下降的同时,活动杆随之下降,进而使得柔性帘布1的顶端下降。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。