一种井下快速防火抗爆承压密闭复合结构及实施方法技术

本发明专利技术涉及一种井下快速防火抗爆承压密闭复合结构及实施方法，属于井下灾变防护技术领域。所述承压密闭复合结构包括承压骨架、密闭结构和堵漏结构；承压骨架包括两个楔入巷道壁的支撑架，两个支撑架之间存在间隔，每个支撑架均包括若干个单体液压支柱、横向承压支柱和横向楔入支柱，若干个单体液压支柱相邻布置，每个单体液压支柱的顶部均设有钻头，每两个相邻的单体液压支柱均通过若干个横向承压支柱连接，对位于两个边缘处的单体液压支柱，均连接有若干个横向楔入支柱；密闭结构包括袋式气囊和填充在袋式气囊内的复合凝胶材料，袋式气囊位于两个支撑架之间的间隔内，堵漏结构为喷涂在密闭结构与巷道壁之间的缝隙内的防火纤维材料。

A Fast Fire-proof, Explosion-proof, Pressure-sealed Composite Structure and Its Implementation Method in Underground Mine

The invention relates to a underground fast fire-proof, explosion-proof, pressure-bearing and sealing composite structure and its implementation method, which belongs to the technical field of underground catastrophe protection. The confined composite structure comprises a confined framework, a confined structure and a leak plugging structure; the confined framework comprises two support frames wedged into the wall of the roadway, and there is an interval between the two support frames. Each support frame includes several single hydraulic props, transverse pressure props and transverse wedged props. Several single hydraulic props are arranged adjacent to each other, and the top of each single hydraulic prop is provided. There are drill bits, each two adjacent single hydraulic props are connected by a number of transverse bearing pillars, and the single hydraulic props at two edges are connected with a number of transverse wedging struts. The closed structure includes bag airbags and composite gel materials filled in the bag type airbags, and the bag type air bags are located at the intervals between the two supporting frames. Fire-proof fibre material in the gap between structure and roadway wall.

【技术实现步骤摘要】
一种井下快速防火抗爆承压密闭复合结构及实施方法
本专利技术涉及井下灾变防护
，特别涉及一种井下快速防火抗爆承压密闭复合结构及实施方法。
技术介绍
近年来，随着煤炭开采技术的发展，采煤设备越来越大，工作面单产率不断提高，巷道延伸越来越长，随之而来的通风系统变得较为复杂，煤矿灾害也越来越严重，防治难度进一步加大，严重制约着煤矿的安全高效生产。随着工作面采空区的管理风险越来越高，高效治理越来越困难，总结得出，在井下可能发生爆炸灾害的区域，造成人员伤亡的主要原因有两方面：一是爆炸的冲击波致死，二是有毒有害气体导致人员中毒窒息。因此，在事故发生之前，实现对事故的有效防御，对灾区进行有效隔离、快速密闭有毒有害气体，减缓冲击波是至关重要的。目前，就火灾、瓦斯爆炸、煤岩动力等灾害演化来看，针对灾区的应急隔离与控制方法的研究显得尤为重要。现有的矿井密闭墙的质量与强度较差，矿井工作人员易受到爆炸冲击波带来的危害以及受到有毒气体的危害。
技术实现思路
本专利技术提供一种井下快速防火抗爆承压密闭复合结构，所述承压密闭复合结构包括承压骨架、密闭结构和堵漏结构；承压骨架包括两个楔入巷道壁的支撑架，两个支撑架之间存在间隔，每个支撑架均包括若干个单体液压支柱、横向承压支柱和横向楔入支柱，若干个单体液压支柱相邻布置，每个单体液压支柱均竖直支撑在巷道内，每个单体液压支柱的顶部均设有钻头，钻头楔入巷道壁，每两个相邻的单体液压支柱均通过若干个横向承压支柱连接，支撑在巷道内的若干个单体液压支柱中，对位于两个边缘处的单体液压支柱，均连接有若干个横向楔入支柱，若干个横向楔入支柱楔入巷道壁；密闭结构包括袋式气囊和填充在袋式气囊内的复合凝胶材料，袋式气囊位于两个支撑架之间的间隔内，且袋式气囊与两个支撑架紧密接触，堵漏结构为喷涂在密闭结构与所述巷道壁之间的缝隙内的防火纤维材料。所述复合凝胶材料包括基料、骨料、稠化剂、发泡剂和水，所述基料为水玻璃，所述骨料为石灰与水泥的混合物，所述稠化剂为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钠，所述发泡剂为1,1,1,3,3-五氟丁烷与1,1,1,3,3-五氟丙烷的混合物。所述复合凝胶材料各组分的质量分别为：所述复合凝胶材料各组分的质量比为：水玻璃：石灰与水泥的混合物：聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钠：1,1,1,3,3-五氟丁烷与1,1,1,3,3-五氟丙烷的混合物：水为60：18：6：1：220，其中，石灰与水泥的质量比为1：5，1,1,1,3,3-五氟丁烷与1,1,1,3,3-五氟丙烷的质量比为7:3~3:7。所述防火纤维材料由苯酚、脲素、多聚甲醛和添加剂组成，其质量比分别为8：3：8：1。每个所述单体液压支柱均包括上活柱组件、连接套、下活柱组件和三用阀；上活柱组件包括上活柱和套接在上活柱外的上油缸，所述钻头安装在上活柱的顶部；下活柱组件包括下活柱和套接在下活柱外的下油缸，下活柱的底部设有底座；连接套内设有四通孔，三用阀安装于四通孔的径向孔内，四通孔的轴向孔内分别安装一个上活塞和下活塞，上油缸和下油缸各通过一个油缸底座安装在连接套内，上活塞内设有与上活柱内腔连通的孔，下活塞内设有与下活柱内腔连通的孔。每个所述支撑架均包括两个所述单体液压支柱、两个所述横向承压支柱和四个所述横向楔入支柱；两个单体液压支柱分别为单体液压支柱一和单体液压支柱二，单体液压支柱一和单体液压支柱二竖直支撑在所述巷道内，单体液压支柱一和单体液压支柱二顶部的钻头均楔入所述巷道壁；两个横向承压支柱分别为横向承压支柱一和横向承压支柱二，横向承压支柱一的两端通过铰链锁扣分别与单体液压支柱一和单体液压支柱二连接，横向承压支柱二的两端通过铰链锁扣分别与单体液压支柱一和单体液压支柱二连接；四个横向楔入支柱分别为横向楔入支柱一、横向楔入支柱二、横向楔入支柱三和横向楔入支柱四，横向楔入支柱一和横向楔入支柱二通过铰链锁扣与单体液压支柱一连接，横向楔入支柱三和横向楔入支柱四通过铰链锁扣与单体液压支柱二连接，横向楔入支柱一、横向承压支柱一和横向楔入支柱三的安装高度相同，横向楔入支柱二、横向承压支柱二和横向楔入支柱四的安装高度相同，横向楔入支柱一、横向楔入支柱二、横向楔入支柱三和横向楔入支柱四通过嵌入式锁扣楔入所述巷道壁。所述井下快速防火抗爆承压密闭复合结构的实施方法，所述方法包括：步骤一、制备所述复合凝胶材料，所述复合凝胶材料置于泡沫发生器中；制备所述防火纤维材料，将所述防火纤维材料置于存储装置中；步骤二、在所述巷道内布置高压胶管，在所述巷道壁的顶部安装所述袋式气囊，高压胶管与所述袋式气囊的内部连通，高压胶管上安装电磁阀，该电磁阀通过井上监测监控系统控制；步骤三、在所述巷道内布设压力管路，压力管路的输出端连接喷枪，压力管路上设有电磁阀，该电磁阀通过所述井上监测监控系统控制；步骤四、在所述巷道内安装所述承压骨架，使所述袋式气囊位于所述承压骨架的两个支撑架之间，在安装所述支撑架时，先安装所述单体液压支柱，使所述单体液压支柱顶部的钻头楔入所述巷道壁，然后组装所述横向承压支柱和所述横向楔入支柱；步骤五、将所述高压胶管与所述泡沫发生器连接，将所述压力管路与所述存储装置连接，通过所述井上监测监控系统开启所述高压胶管上的电磁阀，将所述泡沫发生器中的复合凝胶材料填充至所述袋式气囊内，所述袋式气囊膨胀至与所述两个支撑架紧密接触，形成所述密闭结构，通过所述井上监测监控系统关闭所述高压胶管上的电磁阀；步骤六、通过所述井上监测监控系统开启所述压力管路上的电磁阀，将所述存储装置内的防火纤维材料通过喷枪喷涂在所述密闭结构与所述巷道壁之间的缝隙内，形成堵漏结构，通过所述井上监测监控系统关闭所述压力管路上的电磁阀。步骤一中所述的复合凝胶材料包括基料、骨料、稠化剂、发泡剂和水，首先将基料和稠化剂混合均匀，再将骨料和水混合，然后将两种浆液混合后置于所述泡沫发生器中，最后将发泡剂加入所述泡沫发生器中，按照每分钟100转的速率搅拌3分钟得到所述复合凝胶材料。步骤一中所述的防火纤维材料由苯酚、脲素、多聚甲醛和添加剂组成，首先将苯酚和脲素分多次添加至不饱和反应釜中，然后将多聚甲醛一次性加入至不饱和反应釜中，均匀搅拌1小时后，将添加剂加入不饱和反应釜中，均匀搅拌1小时得到所述防火纤维材料，整个制备过程保持不饱和反应釜中的温度为72℃。通过以上技术方案，相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的快速防火抗爆承压密闭复合结构强度较高，承压骨架采用了单体液压支柱，并在单体液压支柱的顶部安装钻头，实现了巷壁快速楔入式钻孔，支撑架形成的液压支架网格结构，能实现承压骨架的快速铰接，同时采用气囊式与凝胶复合材料形成密闭结构，及防火纤维材料形成堵漏结构。结合优化多元高分子材料固化成胶工艺与承压抗爆特性，发展复合凝胶材料密闭及防火纤维材料堵漏的远程控制输送技术，形成了巷道灾区快速密闭隔离技术，密闭结构和堵漏结构在形成的过程可以进行井上远程控制，能有效避免人受到冲击波及有毒有害气体的危害，且通过井上远程控制可以实现对多个不同巷道进行承压密闭，该装置突破了防火隔爆的关键技术，对提高我国煤矿抗爆减灾水平，降低重大事故发生率，保持社会稳定具有重要意义。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的井下快速防火抗爆承压密闭复合结构布置在巷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种井下快速防火抗爆承压密闭复合结构，其特征在于：所述承压密闭复合结构包括承压骨架、密闭结构和堵漏结构；承压骨架包括两个楔入巷道壁的支撑架，两个支撑架之间存在间隔，每个支撑架均包括若干个单体液压支柱、横向承压支柱和横向楔入支柱，若干个单体液压支柱相邻布置，每个单体液压支柱均竖直支撑在巷道内，每个单体液压支柱的顶部均设有钻头，钻头楔入巷道壁，每两个相邻的单体液压支柱均通过若干个横向承压支柱连接，支撑在巷道内的若干个单体液压支柱中，对位于两个边缘处的单体液压支柱，均连接有若干个横向楔入支柱，若干个横向楔入支柱楔入巷道壁；密闭结构包括袋式气囊和填充在袋式气囊内的复合凝胶材料，袋式气囊位于两个支撑架之间的间隔内，且袋式气囊与两个支撑架紧密接触，堵漏结构为喷涂在密闭结构与所述巷道壁之间的缝隙内的防火纤维材料。

【技术特征摘要】
1.一种井下快速防火抗爆承压密闭复合结构，其特征在于：所述承压密闭复合结构包括承压骨架、密闭结构和堵漏结构；承压骨架包括两个楔入巷道壁的支撑架，两个支撑架之间存在间隔，每个支撑架均包括若干个单体液压支柱、横向承压支柱和横向楔入支柱，若干个单体液压支柱相邻布置，每个单体液压支柱均竖直支撑在巷道内，每个单体液压支柱的顶部均设有钻头，钻头楔入巷道壁，每两个相邻的单体液压支柱均通过若干个横向承压支柱连接，支撑在巷道内的若干个单体液压支柱中，对位于两个边缘处的单体液压支柱，均连接有若干个横向楔入支柱，若干个横向楔入支柱楔入巷道壁；密闭结构包括袋式气囊和填充在袋式气囊内的复合凝胶材料，袋式气囊位于两个支撑架之间的间隔内，且袋式气囊与两个支撑架紧密接触，堵漏结构为喷涂在密闭结构与所述巷道壁之间的缝隙内的防火纤维材料。2.根据权利要求1所述的井下快速防火抗爆承压密闭复合结构，其特征在于：所述复合凝胶材料包括基料、骨料、稠化剂、发泡剂和水，所述基料为水玻璃，所述骨料为石灰与水泥的混合物，所述稠化剂为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钠，所述发泡剂为1,1,1,3,3-五氟丁烷与1,1,1,3,3-五氟丙烷的混合物。3.根据权利要求2所述的井下快速防火抗爆承压密闭复合结构，其特征在于：所述复合凝胶材料各组分的质量比为：水玻璃：石灰与水泥的混合物：聚丙烯酰胺或聚丙烯酸钠：1,1,1,3,3-五氟丁烷与1,1,1,3,3-五氟丙烷的混合物：水为60：18：6：1：220，其中，石灰与水泥的质量比为1：5，1,1,1,3,3-五氟丁烷与1,1,1,3,3-五氟丙烷的质量比为7:3~3:7。4.根据权利要求1所述的井下快速防火抗爆承压密闭复合结构，其特征在于：所述防火纤维材料由苯酚、脲素、多聚甲醛和添加剂组成，其质量比分别为8：3：8：1。5.根据权利要求1所述的井下快速防火抗爆承压密闭复合结构，其特征在于：每个所述单体液压支柱均包括上活柱组件、连接套、下活柱组件和三用阀；上活柱组件包括上活柱和套接在上活柱外的上油缸，所述钻头安装在上活柱的顶部；下活柱组件包括下活柱和套接在下活柱外的下油缸，下活柱的底部设有底座；连接套内设有四通孔，三用阀安装于四通孔的径向孔内，四通孔的轴向孔内分别安装一个上活塞和下活塞，上油缸和下油缸各通过一个油缸底座安装在连接套内，上活塞内设有与上活柱内腔连通的孔，下活塞内设有与下活柱内腔连通的孔。6.根据权利要求1所述的井下快速防火抗爆承压密闭复合结构，其特征在于：每个所述支撑架均包括两个所述单体液压支柱、两个所述横向承压支柱和四个所述横向楔入支柱；两个单体液压支柱分别为单体液压支柱一和单体液压支柱二，单体液压支柱一和单体液压支柱二竖直支撑在所述巷道内，单体液压支柱一和单体液压支柱二顶部的钻头均楔入所述巷道壁；两个横向承压支柱分别为横向承压支柱一和横向承压支柱二，横向承...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，奚弦，蒋曙光，郭超伟，吴征艳，邵昊，郝海清，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32