基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置和方法制造方法及图纸

基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置，包括设置在进风巷当中的第一密闭墙和设置在回风巷当中的第二密闭墙，第一密闭墙和第二密闭墙的结构相同，第一密闭墙和第二密闭墙均包括由砖砌筑而成的第一墙体和第二墙体，第二密闭墙体中部水平插设有注入管，注入管内端伸入到第一墙体和第二墙体之间形成的空腔内，空腔内填充有黄土，第一墙体与第二墙体之间水平设置有至少两根张拉螺杆。本发明专利技术还公开了一种基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置的密闭方法。本发明专利技术主要对采空区巷道围岩裂隙产生的采空区漏气通道进行封堵，密封效果明显，安全可靠，能有效防止采空区自燃发火。

【技术实现步骤摘要】
基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置和方法
本专利技术属于煤矿煤层火灾防治
，尤其涉及基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置和方法。
技术介绍
我国是煤炭用储量大国，全国各地大小煤矿众多，受开采技术与采煤方法限制，回采工作面煤矿采空区遗煤与高浓度瓦斯大量积存，如果再满足漏风条件，往往存在采空区遗煤自燃，甚至引起瓦斯爆炸的严重后果。为了封堵采空区，防止井巷中风流漏入采空区，通常采取在采空区周围设置密闭墙的方法解决。根据空气动力学原理和煤矿开采实际情况，防治自燃密闭技术与方法必须满足三个条件：1、密闭自身密封性好；2、能够有物质充填巷道围岩裂隙，包括巷道顶部围岩裂隙，有效封堵；3、受采动集中应力影响密闭墙破坏变形后，密闭仍能保证密封效果。但目前密闭墙构筑多为加厚的泥沙砖墙构筑，劳动强度大，工序复杂，密封效果差，特别是巷道周边围岩受动压影响后产生的裂缝难以很好封堵即使之后补充使用插管注入泥浆的方法，因泥浆受重力作用不能进入巷道顶部的围岩裂隙中，密封效果仍不佳。而且，墙体自身由于长时间受动压也会产生裂隙，此时已不能起到封堵风流的目的。为了改进传统的密闭墙方法，提高效率，保证矿井安全生产，需要采用新型采空区密闭技术对采空区巷道进行充填密闭。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置和方法，其可对采空区主要的漏气通道能够进行有效的封堵，改善采空区的密闭效果防止采空区自燃发火，避免引起瓦斯爆炸。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置，包括设置在进风巷当中的第一密闭墙和设置在回风巷当中的第二密闭墙，第一密闭墙和第二密闭墙的结构相同，第一密闭墙和第二密闭墙均包括由砖砌筑而成的第一墙体和第二墙体，第一墙体和第二墙体的侧部边沿和顶部边沿均与巷道围岩接触并密封连接，第一墙体邻近采空区，第二墙体远离采空区，以采空区到第二墙体的方向为由内向外的方向，第二密闭墙体中部水平插设有注入管，注入管内端伸入到第一墙体和第二墙体之间形成的空腔内，空腔内填充有黄土，第一墙体与第二墙体之间水平设置有至少两根张拉螺杆，每根张拉螺杆上均套设有两块垫板，张拉螺杆的头部通过其中一块垫板与第一墙体内表面顶压接触，张拉螺杆的外端螺纹连接有防锈防松螺帽结构，防锈防松螺帽结构通过另一块垫板与第二墙体外表面顶压接触。防锈防松螺帽结构包括防护帽、垫圈和圆环形的弹性嵌件，张拉螺杆的外端部螺纹连接有两个螺母，所述的垫圈套设在张拉螺杆上，螺母内侧表面通过垫圈与弹性嵌件压接配合；垫圈在圆周表面上开设有第一圆环槽，防护帽为内端开口的圆筒状结构，防护帽的内壁敞口处沿圆周方向设置有第一定位环和第二定位环，防护帽内壁在第一定位环和第二定位环之间形成第二圆环槽，第二定位环内端面与防护帽内端面齐平，第一圆环槽与第二圆环槽对应连通形成圆环形的安装腔，所述的弹性嵌件装配在安装腔内。弹性嵌件包括四个半径均相同、圆心角均为90°的圆弧形结构的限位条，每个限位条的外圆周表面均沿圆周方向开设有两道安装槽，每个限位条的一端沿垂直方向开设有一个安装孔，第二定位环自内而外通过四个定位螺钉对应穿过一个安装孔与第一定位环螺纹连接，每个限位条的中部外侧开设有与两道安装槽均连通的且横截面呈L型的卡槽，卡槽内设有U型弹簧，U型弹簧的两根簧臂对应装配在两道安装槽内并与防护帽内壁顶压配合，U型弹簧的两根簧臂均指向相邻一个限位条穿设有定位螺钉的一端。垫圈外圆周在第一圆环槽外侧的部分呈外细内粗的圆锥状结构，每个限位条沿径向方向的厚度均外厚内薄。基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置的密闭方法，包括以下步骤，（1）、在进风巷和回风巷内选择合适的位置分别砌筑第一密闭墙和第二密闭墙，第一墙体距离采空区巷道内距离停采线10～20m，第一墙体和第二墙体的厚度为50~80cm，第一墙体和第二墙体之间的距离为1~2m，先构筑里侧第一墙体，垫板套到张拉螺杆上在第一墙体内预埋张拉螺杆，使第一墙体与巷道围岩严密接触，第一墙体砌筑完成后，接着砌筑第二墙体，随着第二墙体的升高，在第一墙体和第二墙体之间逐渐填充黄土直至第二墙体砌筑完成后填满，在砌筑第二墙体的同时把注入管预埋到第二墙体内，同时张拉螺杆也伸出第二墙体外；（2）、在张拉螺杆外端套上垫板，在张拉螺杆外端拧上防锈防松螺帽结构，防锈防松螺帽结构的紧固使张紧螺杆限定第一墙体和第二墙体的距离；（3）、用压力泵向连接注入管向第一墙体和第二墙体之间注入膨胀材料罗克休，膨胀材料罗克休的膨胀系数为10或10以上，膨胀材料罗克休最终注入压力达到1.5MPa以上，完全封堵巷道围岩裂隙之用，直到膨胀材料罗克休完全充填黄土内的裂隙以及封堵巷道围岩的裂隙后停止压力泵；（4）、撤除压力泵，使用堵头将注入管外端封堵。步骤（2）中拧上防锈防松螺帽结构的具体过程为：先把四个U型弹簧对应安装到四个限位条的卡槽和定位槽内，再把一个限位条放置到第二圆环槽内，使用一个定位螺钉将这个限位条固定，接着依次把另三个限位条使用定位螺钉固定到第二圆环槽内，四个定位螺钉均为沉头结构，由于U型弹簧的作用，四个限位条的活动端均凸出第一定位环内壁和第二定位环内壁；然后把螺母拧到张拉螺杆上，操作者手持防护帽，套到螺母和张拉螺杆外部沿轴向方向朝向第二墙体方向用力按压，由于垫圈外圆周在第一圆环槽外侧的部分呈外细内粗的圆锥状结构，每个限位条沿径向方向的厚度均外厚内薄的结构，即四个限位条的内壁与垫圈外壁之间的圆锥状配合结构很容易将四个限位条按压到垫圈外圆周的第一圆环槽内，在U型弹簧的作用下，四个限位条内壁紧紧地顶压在第一圆环槽的圆周壁上，防护帽被牢牢地与螺栓一体固定，起到良好的防松和防潮作用。采用上述技术方案，第一密闭墙和第二密闭墙设置应避过采动应力集中区，布置在停采线之后合适位置，位置的选择以矿井采空区实际情况为准，同时为减少煤炭损失，与停采距离不宜太大，一般10~20m即可。第一墙体和第二墙体的墙厚度与施工条件相同，且第一墙体和第二墙体之间间隔1~2m，能容纳一定量黄土，能够为注入的膨胀材料提供一个相对密闭的空间，能保证在密闭墙受压破坏后，黄土与膨胀材料一起，仍具有很好的密封效果。其中，注入管的设置与最好靠近巷道顶部，保证密封效果，能易于操作与实施。第一密闭墙和第二密闭墙不需要嵌入巷道围岩中，就能够满足密闭巷道围岩裂隙需要，减少了之前建密闭墙前，必须在巷道围岩上掏槽的工序。张拉螺杆的设置，可确保第一墙体和第二墙体之间的距离在注入膨胀材料罗克休时保持恒定不变，使密封的安全可靠性增强。由于巷道内湿热，在张拉螺杆上设置独特结构的防锈防松螺帽结构，即使用防护帽将螺母和张拉螺杆端头罩住，防护帽与垫圈通过活动嵌件锁死不会脱出，从而将起到对张拉螺杆和螺母密封，起到良好的防潮、防锈蚀的作用，并可保证螺母不会脱离张拉螺杆。综上所述，本专利技术的有益效果是：为了解决煤矿井下回采工作面采空区遗煤自燃问题，本专利技术基于裂隙封堵的采空区密闭防止煤炭自燃技术与方法，在距离回采工作面停采线合理的位置处，采用双密闭墙与带压注入液态膨胀材料相结合的方式联合密封，实现有效封堵密闭墙自身裂隙、巷道围岩裂隙的目的，同时具有防止密闭墙受采动集中应力影响，长期受压破坏漏气的效果本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置，其特征在于：包括设置在进风巷当中的第一密闭墙和设置在回风巷当中的第二密闭墙，第一密闭墙和第二密闭墙的结构相同，第一密闭墙和第二密闭墙均包括由砖砌筑而成的第一墙体和第二墙体，第一墙体和第二墙体的侧部边沿和顶部边沿均与巷道围岩接触并密封连接，第一墙体邻近采空区，第二墙体远离采空区，以采空区到第二墙体的方向为由内向外的方向，第二密闭墙体中部水平插设有注入管，注入管内端伸入到第一墙体和第二墙体之间形成的空腔内，空腔内填充有黄土，第一墙体与第二墙体之间水平设置有至少两根张拉螺杆，每根张拉螺杆上均套设有两块垫板，张拉螺杆的头部通过其中一块垫板与第一墙体内表面顶压接触，张拉螺杆的外端螺纹连接有防锈防松螺帽结构，防锈防松螺帽结构通过另一块垫板与第二墙体外表面顶压接触。

【技术特征摘要】
1.基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置，其特征在于：包括设置在进风巷当中的第一密闭墙和设置在回风巷当中的第二密闭墙，第一密闭墙和第二密闭墙的结构相同，第一密闭墙和第二密闭墙均包括由砖砌筑而成的第一墙体和第二墙体，第一墙体和第二墙体的侧部边沿和顶部边沿均与巷道围岩接触并密封连接，第一墙体邻近采空区，第二墙体远离采空区，以采空区到第二墙体的方向为由内向外的方向，第二密闭墙体中部水平插设有注入管，注入管内端伸入到第一墙体和第二墙体之间形成的空腔内，空腔内填充有黄土，第一墙体与第二墙体之间水平设置有至少两根张拉螺杆，每根张拉螺杆上均套设有两块垫板，张拉螺杆的头部通过其中一块垫板与第一墙体内表面顶压接触，张拉螺杆的外端螺纹连接有防锈防松螺帽结构，防锈防松螺帽结构通过另一块垫板与第二墙体外表面顶压接触。2.根据权利要求1所述的基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置，其特征在于：防锈防松螺帽结构包括防护帽、垫圈和圆环形的弹性嵌件，张拉螺杆的外端部螺纹连接有两个螺母，所述的垫圈套设在张拉螺杆上，螺母内侧表面通过垫圈与弹性嵌件压接配合；垫圈在圆周表面上开设有第一圆环槽，防护帽为内端开口的圆筒状结构，防护帽的内壁敞口处沿圆周方向设置有第一定位环和第二定位环，防护帽内壁在第一定位环和第二定位环之间形成第二圆环槽，第二定位环内端面与防护帽内端面齐平，第一圆环槽与第二圆环槽对应连通形成圆环形的安装腔，所述的弹性嵌件装配在安装腔内。3.根据权利要求2所述的基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置，其特征在于：弹性嵌件包括四个半径均相同、圆心角均为90°的圆弧形结构的限位条，每个限位条的外圆周表面均沿圆周方向开设有两道安装槽，每个限位条的一端沿垂直方向开设有一个安装孔，第二定位环自内而外通过四个定位螺钉对应穿过一个安装孔与第一定位环螺纹连接，每个限位条的中部外侧开设有与两道安装槽均连通的且横截面呈L型的卡槽，卡槽内设有U型弹簧，U型弹簧的两根簧臂对应装配在两道安装槽内并与防护帽内壁顶压配合，U型弹簧的两根簧臂均指向相邻一个限位条穿设有定位螺钉的一端。4.根据权利要求3所述的基于巷道围岩裂隙结构密闭煤矿采空区的装置，其特征在于：垫圈外圆周在第一圆环槽外侧的部分呈外细内粗...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明杰，李博，陈长春，张家林，裴景垚，张冠军，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41