工程矿用密封件制造技术

一种用于设计和制造矿用密封件的方法，其包括基于预定的地下巷道确定矿用密封件的初始厚度，建立并求解矿用密封件对施加爆炸压力响应的数值模型，并确定矿用密封件是否满足预定设计标准。在确定矿用密封件满足预定设计标准之后，可制造具有最小密封件厚度的矿用密封件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种矿用密封件，并且更具体地，涉及一种塞式矿用密封件、和一种设计并成形塞式矿用密封件的方法。
技术介绍
矿用密封件通常安装在地下矿山的入口处，以把矿山的一部分与矿山的另一部分隔开。例如，矿用密封件可把采空区与生产矿区隔开。除其他原因之外，提供地下矿山入口的区域隔离是为了限制需要通风的区域以及控制有毒气体或爆炸性气体。矿用密封件通常由木头、混凝土块或泵送进框架的凝胶材料构造而成。矿业安全和健康管理条例目前规定当对密封区域的大气进行监控和保持惰性时，矿用密封件能承受至少50psi的过压，以及如果未对密封区域大气进行监控和未保持惰性，以及不具备其他各种条件，那么矿用密封件必须能承受至少120psi的过压。参看条例30C. F. R. § 75. 335。
技术实现思路
在一个实施例中，用于设计和制造矿用密封件的方法包括基于预定的地下巷道确定矿用密封件的初始厚度，建立并求解矿用密封件对施加爆炸压力响应的数值模型，以及确定矿用密封件是否满足预定设计标准。该方法可进一步包括基于实验室试验结果确定用于矿用密封件的材料的本构行为。建立并求解数值模型可包括模拟矿用密封件对爆炸压力的响应，以及基于材料破坏标准确定屈服条件和安全系数。该方法还可包括在数值模型中增加矿用密封件的初始厚度并且求解数值模型直到确定满足设计标准的最小密封件厚度。可使用莫尔-库仑强度标准和拉伸强度标准建立材料破坏标准。该方法可包括制造具有确定满足预定设计标准的最小密封件厚度的矿用密封件。可通过下面的方程式计算矿用密封件初始厚度。〒 Px DLh' X W xHx SFTim = ~---2(W+H)xa car其中，P为爆炸压力(psi )、DLF为动载荷系数、W是地下巷道的宽度、H是地下巷道的高度、SF为矿用密封件和周围岩层之间的接口安全系数、以及σ sh_为矿用密封件抵靠周围岩层的剪切强度。预定设计标准可包括在矿用密封件内侧中心处不存在拉伸破坏； 沿较大跨度接口中线的最小平均安全系数为1. 5 ;最小平均接口剪切安全系数为1. 5 ;以及最小密封件厚度为地下巷道短跨度的大约50%或更高。在又一实施例中，矿用密封件的成形方法包括安装第一组矿柱和第二组矿柱，其中，第一组矿柱与第二组矿柱隔开以限定于二者之间的空间。 该方法进一步包括将铁丝网和风幛布固定在第一组矿柱和第二组矿柱上，其中，各第一和第二组矿柱、铁丝网和风幛布限定了第一和第二框架。该方法还包括将凝胶灌浆供给到第一和第二框架之间的空间中。凝胶灌浆可以是泡沫状且可泵送的凝胶灌浆。第一组矿柱可彼此以大约4至5英尺的距离间隔开，以及第二组矿柱可彼此以大约4至5英尺的距离间隔开。可将铁丝网系在第一和第二组矿柱的各矿柱上。在另一实施例中，矿用密封件包括第一和第二框架，其中，每个框架包括多根矿柱，铁丝网被固定在每根矿柱上以及风幛布被固定在铁丝网的内表面上。将第一和第二框架间隔开以限定二者之间的空间。矿用密封件还包括定位在第一和第二框架之间空间中的凝胶灌浆。该凝胶灌浆可以是泡沫状且可泵送的凝胶灌浆。第一框架的矿柱可彼此以大约 4至5英尺的距离间隔开，以及第二框架的矿柱可彼此以大约4至5英尺的距离间隔开。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的矿用密封件的透视图。图2是图1矿用密封件的侧视图，其示出了凝胶灌浆的安装。图3是根据本专利技术另一实施例的矿用密封件。图4是根据本专利技术再一实施例的矿用密封件。图5是根据本专利技术又一实施例的方法流程图。图6A是根据本专利技术一个实施例的矿用密封模型的透视图。图6B是图6A中示出的矿用密封件模型的前视图。具体实施方式现在将参考附图描述本专利技术。下文中为了描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、 “竖直”、“水平” “顶部” “底部”及其衍生词应如附图中的朝向与本专利技术相关。然而，应理解的是，除非另有明确相反的说明，本专利技术可采取各种替换的变型和步骤序列。应理解的是， 在附图中示出和在下面说明书中描述的具体装置仅仅是本专利技术的示例性实施例。因此，与本文公开的实施例相关的具体尺寸和其他物理特征不应被认为是限制性的。参考图1和图2,公开了用于地下巷道的矿用密封件10的一个实施例。矿用密封件10由一对框架12、14形成，该框架12、14被定位在与顶板16和矿壁18岩层邻近的位置， 并且彼此隔开以限定空间20。框架12、14构造为于其间接收凝胶灌浆22。各框架12、14 包括多根间隔开的柱24、多块水平附接至柱内表面的板26、以及固定在板26内表面上的风幛布28。柱24可以是4” X4”或更大尺寸的木头柱，并定位在30” ±6”的中心上，还可利用其他合适尺寸和类型的柱。也可利用木垛30 (图1所示)来限定框架。该木垛30可以具有6” X6” X30”的尺寸，并且以木垛之间大约36”的距离安装。板26可以是具有I” X6” 尺寸的木头板，其在18”±6”中心处附接至柱24。虽未示出，但前/外框架12通常包括一个或多个允许在建造过程期间进入框架内部的临时舱口。此外，多个加压填充管32穿过风幛布28被定位在前/外框架12上。矿用密封件10还包括用于排出密封件10内部水的排水系统34。排水系统34包括排水管36、阀38和U形弯管40，排水管36构造为允许密封件内部水的重力下水。阀38 和U形弯管40定位在排水管36的外侧。排水管36可以是非金属且耐腐蚀的管,对于50psi的密封设计，该管具有至少IOOpsi的内部压力等级，以及对于120psi的密封设计，该管具 有至少240psi的内部压力等级。虽然只公开了一根排水管36，但可使用一根或多根排水 管。矿用密封件10进一步包括用于测试密封件10内侧空气的气体采样系统42。气体采样 系统42包括采样管44和安装在密封件10外部的截止阀46。采样管44可以是非金属且耐 腐蚀的管，对于50psi的密封设计,该管具有至少IOOpsi的内部压力等级，以及对于120psi 的密封设计，该管具有至少240psi的内部压力等级。可使用诸如聚氨酯泡沫等泡沫围绕由 管32、36、44形成的环形开口并围绕风幛布28的周边，以在材料加压期间使泄露最小化。参考图2，示出了将凝胶灌浆22定位在框架12、14之间。放置凝胶灌浆22使得灌 浆22填满框架12、14之间的整个空间，并且接合顶板16和矿壁18的周围岩层。凝胶灌浆 22可以是泡沫状、重量轻、可泵送的凝胶灌浆，其在放置之后的几分钟之内胶凝并且开始硬 化，以限定一致、均匀和粘聚的灌浆体，该灌浆体在28天内形成足够的强度(包括与周围的 岩层结合)。可使用砂矿机(未示出)将凝胶灌浆22布置在框架12、14之间的所需位置处， 该砂矿机将干材料与水、空气结合起来并且泵送所得泡沫状凝胶灌浆。参考图3，公开了用于地下巷道的矿用密封件50的又一实施例。本实施例的矿用 密封件50类似于在图1和图2中示出并且在上文描述的矿用密封件10。在图3所示的矿 用密封件50中，一对框架52、54中每一个由多根间隔开的矿柱56、系在矿柱56上的焊接铁 丝网58、以及固定在铁丝网58内表面上的风幛布60形成。可使用钢丝系材或任何其他合 适的固定装置将焊接铁丝网58固定在矿柱56上。矿柱56可以以大约4’-5’的距离间隔 开。矿柱56可以是快速安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.30 US 61/369,3171.一种用于设计和制造矿用密封件的方法，该方法包括基于预定的地下巷道确定所述矿用密封件的初始厚度；建立并求解所述矿用密封件对施加爆炸压力响应的数值模型；以及确定所述矿用密封件是否满足预定设计标准。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括基于实验室试验结果确定用于所述矿用密封件的材料的本构行为。3.根据权利要求1所述的方法，其中，建立并求解所述数值模型包括模拟所述矿用密封件对所述爆炸压力的响应；以及基于材料破坏标准确定屈服条件和安全系数。4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括在所述数值模型中增加所述矿用密封件的所述初始厚度并且求解所述数值模型，直到确定满足所述设计标准的最小密封件厚度。5.根据权利要求3所述的方法，其中，使用莫尔-库仑强度标准和拉伸强度标准建立所述材料破坏标准。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括制造具有确定满足所述预定设计标准的最小密封件厚度的矿用密封件。7.根据权利要求4所述的方法，进一步包括制造具有确定满足所述预定设计标准的最小密封件厚度的矿用密封件。8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过下面的方程式计算所述矿用密封件的初始厚度，9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定设计标准包括在所述矿用密封件内侧中心处不存在拉伸破坏；沿较大跨度接口中线的最小平均安全系数为1. 5 ；最小平均接口剪切安全系数为1. 5 ;以及最小密封件厚度为地下巷道短跨度的大约50%或更高。10.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·C·斯坦库斯，马金荣，马鲁闽，
申请(专利权)人：FCI特拉华控股有限公司，
类型：
国别省市：