CN101743378B - 带粘结剂的矿井密封 - Google Patents

Abstract

提供一种防爆矿井密封，其包括一对块体壁。粘结剂提供在所述块体的相邻表面之间，其中所述粘结剂比块体本身具有更大的强度属性。芯体元件提供在两个壁之间并粘结到两个壁上。该粘结剂可以涂敷在壁上以提高矿井密封的强度。

Description

带粘结剂的矿井密封

相关申请的交叉参考

本申请要求2007年6月7日提交的美国临时申请第60/933555号的权益，该申请的整个内容通过参考结合于此。

技术领域

本发明涉及用于矿井应用的永久隔离密封，更特别地，涉及在地下入口中的永久密封，用于将密封一侧的空气与在另一侧的空气相隔离。

背景技术

在地下采掘中，典型地需要隔离在矿井的专门部分中的空气。密封提供用于隔离矿井的区域，例如用于限定需要通风的矿井工作的区域，用于控制矿井中任何有毒或爆炸气体的扩散，或者允许在矿井的隔离部中的空气改变其组分，以使其达到更小危险的状态。密封横着单独的矿井入口或通道构建，以用于提供这样的隔离。

密封传统上构建为堆叠的混凝土块体的壁，其可以以粘固材料涂敷或连接在一起，粘固材料比起混凝土块体本身要显著地弱。而且，典型地，粘固材料随着时间流失而收缩，这将在密封中产生泄漏，并可能允许危险气体通过该密封。块体以交错或叠置的关系横着矿井的开口装入。然而，已发现这样的密封不能经受超过20psi的矿井爆炸过压。最近，采用了一种矿井密封，其合并了混凝土块体壁，在块体壁之间夹入包含填充材料的聚合材料的芯体。芯体提供在两个混凝土块体壁之间的该组合式结构(在美国专利第5385504号中描述，其通过参考结合于此)是通过干式堆叠混凝土块体以在矿井入口的顶部、底部和肋部之间形成壁而构建的。后壁首先构建并楔入到位。然后，前壁构建到2-3英尺的高度，并通过渐增块体持续构建，直至一个或两个块体与顶部接触。通过在壁之间提供填充材料(砂砾或类似物)层并使填充材料涂敷以可发泡聚氨酯，芯体材料安装在完全构建的后壁和部分构建的前壁之间。当聚氨酯发泡和凝固时，聚氨酯高度增加(填充材料混合在其中)并固化，且粘结到后壁和前壁上。前壁的构建持续进行，芯体材料(聚氨酯(polyurethane)和填充材料)的额外的层提供在后壁和增加的前壁之间，直至芯体材料和前壁达到矿井入口的顶部。前壁的外表面覆盖有防火密封剂涂层，以满足矿井安全和健康管理局(MSHA)的指南要求。尽管这种组合式密封能够经受至少20psi的矿井爆炸过压，然而还是已经认识到了提高矿井密封压力等级的需求。

发明内容

该需求通过本发明的矿井密封而满足，本发明的矿井密封包括一对块体壁，每个壁包括多个块体和提供在所述壁之间并粘结到所述壁上的芯体。在所述壁上的块体的相邻表面之间布设有粘结剂。密封剂比块体具有更大的强度属性。主要的密封还可以包括至少一个内部壁用于为密封提供额外的强度。本发明还包括对壁进行加强的方法，所述壁包括多个通过多个单独的块体提供的块体，为每个块体的表面涂敷粘结剂，并堆叠所述块体以形成壁，粘结剂放置在块体的相邻表面之间，其中所述粘结剂比单独的块体具有更大的强度属性。

附图说明

图1是本发明构建的密封的透视图，局部以剖面表示；

图2是安装在矿井入口中的本发明的矿井密封的前壁的立视图；

图3是构建本发明的矿井密封的第一阶段的透视图；

图4是构建根据本发明的矿井密封的第二阶段的透视图；

图5是构建根据本发明一个实施方式的矿井密封的第二阶段的透视图；

图6是安装在矿井入口中的本发明另一实施方式的矿井密封的前壁的前视图。

具体实施方式

参见图1和2，本发明涉及防爆矿井密封2，其跨越由底面6、顶面8和柱子10、12限定的矿井入口4。该密封2包括后组合块体壁14和前组合块体壁16，所述后组合块体壁14和前组合块体壁16都跨越矿井入口4，而有芯体元件18夹入在它们之间。壁14、16由多个块体20组成，例如砌筑块体，它们通过粘结剂22粘结在一起。砌筑块体，其意味着普通结构的块体，例如砖块体、石头块体或混凝土块体，但是块体的材料不限于这些。粘结剂22以大致流化或易流动的形式提供在块体20的邻接表面之间，其在应用到块体20上之后在较短的时间内凝固，例如在30秒钟之内。这样，粘结剂22用作在壁14、16的块体20之间的砌筑浆。适合作为粘结剂22组分的一个非限制性例子是提供为

70的聚氨酯，这可以从Micon，Inc.of Glassport，PA获得。通过采用快速凝固粘结剂，组合壁14、16可以快速地构建。例如，经过放置一排块体20并且粘结剂处于它们之间的时间，粘结剂22已经凝固，从而将下一排的块体20放置在刚刚构建的由块体20和粘结剂22构成的组合排上。其他聚合的粘结剂也可以用于生成根据本发明的组合壁14、16。用于本发明密封2中的组合块体壁14、16比块体20本身或者通过干式堆叠块体20构建的传统的密封壁具有更大的强度属性。相应地，组合壁14、16的最强部分是在块体20之间的粘结剂22。关于组合壁14、16的强度的重要的属性包括抗压强度、挠曲强度、剪切强度和抗拉强度。为构建用于本发明的密封2中的组合壁14、16，粘结剂22的这些强度属性需要大于块体20中的相应属性。正是以这种方式，组合壁14、16展现出了超出块体20本身的强度属性的强度属性。

密封2的强度可以通过在组合壁14、16的一个或多个表面上包含粘结剂层而得到提高，例如在各个壁14、16面向芯体元件18的表面层28、30上和/或在前壁16上的前表面层32上。需要理解的是，层28、30、32的厚度和在块体20之间的粘结剂22的厚度在图中为了示例而放大了，它们可以基于设计参数而进行选择，以满足密封2的专门安装的强度需求。除了后组合块体壁14、前组合块体壁16和芯体元件18，密封2还可以包括一个或多个内部壁(例如固体混凝土块体壁，如同这里相对于壁14、16的描述)以提供额外的密封强度。额外的芯体元件18可以提供在每个内部壁之间以及在每个内部壁与壁14、16之间。

额外的粘结剂22可以提供在壁14、16和矿井入口4的表面之间，如附图标记34所指示。该额外的粘结剂22可以填充在位于壁14、16与底面6、顶面8和柱子10、12之间的间隙中，尤其是对于粗糙的矿井入口。当额外的粘结剂34渗入到在入口表面中的缝隙中并在那里凝固时，额外的粘结剂34还用于将密封2粘结到矿井入口的表面上，并增加密封2的整体性。前壁16暴露的表面或者前表面层32可以涂敷以传统的MAHA认证的防火密封剂层36。

提供在任意两个壁之间的芯体元件18可以由粘结材料24生成，例如可发泡聚氨酯(例如，可以从Micon，Inc.获得的

10)。可发泡聚氨酯在凝固时膨胀以生成闭合单元泡沫的网格状物，该网格状物填充在位于两个组合块体壁14、16之间的空的空间中。也可以采用其他粘结材料，例如塑料、聚合泡沫和合成泡沫。芯体元件18粘结到两个组合块体壁14、16上，从而产生整体的密封。芯体元件18可以包括填充材料26(例如砂砾、石灰石、滑石、玻璃或者其他惰性填充物颗粒)。该填充材料26用于与粘结材料24混合以用最小的花费提高芯体元件18的强度。填充材料26对粘结材料24的比例可以调整，以确保芯体元件18对组合块体壁14、16具有足够的粘结力。

图3、4表示构建本发明的矿井密封的方法。密封2首先通过由多个块体20构建后壁14而生成，例如以层叠的方式设置混凝土块体。当后壁14的背侧(未示出)构建出后，防火密封剂涂层可以提供在其上。混凝土块体的第一排横跨矿井底面放置在矿井柱子10、12之间。相邻的块体20的端部表面涂敷以粘结剂22。粘结剂22可以提供为具有凝固剂的可凝固树脂，其保持分离，直至经由带静止混合器或其他类似装置的传送管将粘结剂应用到块体20上。粘结剂在应用时基本上能够流动，但是在凝固时快速固化。用于壁14、16中的粘结剂材料22可以与用于表面层28、30、32的粘结剂22和额外的粘结剂34相同或不同。在粘结剂22凝固(固化)时，块体20粘结在一起。通过提供一层粘结剂22到在块体20的排之间和在块体20的相邻表面之间的暴露的表面，则布置随后的块体20的排。这样的构建持续进行，直至组合后壁14达到矿井的顶面8并跨越整个入口4。额外的粘结剂34的最初层可以涂敷于矿井底面6上，第一排的块体20被设置在该最初的粘结剂22层上。额外的粘结剂34可以注入在顶面8和柱子10、12处，以使组合后壁14完全地装设在矿井入口4的所有表面之间。粘结剂涂层(未示出)可以涂敷到后壁14上以提高后壁14的强度。在后壁14构建好之后，前壁16的首先几层以与后壁14类似的方式构建，前壁16的芯体部同样地与矿井顶面8接触。额外的粘结剂34可以布设到位于后壁14和底面6、顶面8和柱子10、12之间的间隙中。

芯体元件18随着前壁16的构建而逐步地布设。填充材料26层提供在部分构建的前壁16的后面，可发泡聚氨酯(或者其他粘结材料24)施加到该填充材料层上。当聚氨酯凝固和发泡时，填充材料26随其运动以填充在后壁14和前壁16之间的间隙。混凝土块体20随后的排被构建，且额外的填充材料26和粘结材料24放置于在两个壁14、16之间先前形成的发泡的聚氨酯/填充层的顶上，直至前壁16和芯体元件18完全地构建。可选地，在没有填充材料的情况下，芯体元件18可以通过将发泡的聚氨酯层提供到在后壁14和增长的前壁16之间的间隙中而逐步地构建。当构建第一壁时，粘结剂22可以涂敷到前壁16的背侧以生成表面层30，和/或可以涂敷到前壁16的暴露的表面作为前表面层32，用于为密封提供额外的强度。粘结剂层28、30和32，以及额外的粘结剂34根据对密封2的强度的需要而使用。最后，防火密封剂36涂敷在前壁16的暴露表面或者前表面层32上。

在本发明的一个实施方式中，如图5所示，在两个壁之间的芯体元件18′提供为多个由粘结材料24生成的块体38，所述粘结材料24为例如可发泡聚氨酯(例如，可以从Micon，Inc.获得的

10)。也可以采用其他粘结材料，例如塑料、聚合泡沫和合成泡沫。所述多个块体38可以在地面上预浇制而成，并运送到矿井入口4。块体38在地面上的生产还减少了人员在化学和/或烟气中的暴露，这在芯体元件18在矿井入口的封闭环境中在现场生产时将可能发生。块体38可以在地面上受控环境下进行质量标准检测(例如符合想要的密度以在密封中提供合适的功能)。由粘结材料24制成的所述多个块体38还可以定尺寸和形状，以允许安装工人对块体38进行有效的运送和提升。例如，由聚氨酯制成的具有约12磅每立方英尺的密度的块体可以具有约4立方英尺的尺寸并可以由单个人搬运。

所述多个块体38可以随着前壁16的构建而逐步地布设，如图5所示并如上结合图3-4所述的那样。所述多个块体38还可以先于前壁16的设置而设置。或者，用以形成芯体元件18′的所述多个块体38的布设可以以与上述关于混凝土块体20的布设类似的方式完成。粘结剂34的初始层可以涂敷到矿井底面6上，块体38的第一排放置在该初始粘结剂22层上。通过提供一层粘结剂22到在块体38的排之间以及各随后排中的块体38的相邻表面之间的暴露的表面上，则可设置块体38随后的排。这样的构建持续进行，直至芯体元件18′达到矿井的顶面8并跨越整个入口4。额外的粘结剂34可以注入在顶面8和柱子10、12处，以使芯体元件18′完全地布设在矿井入口4的所有表面之间。这样，由块体38粘结在一起生成的芯体生成单件的芯体结构，其中由块体38生成的芯体展现出超出单个块体38的强度的强度属性。

块体38通过粘结剂22粘结在一起的单件芯体结构可以在几个小时(例如约2个小时)内生成，所对比的是由粘固材料制成的传统块体密封的生产，其可能需要多达几天的时间用于凝固以使其能够使用。而且，块体可以在安装现场进行切削并定形，以装入到矿井入口4中去。可发泡的聚氨酯在凝固和发泡时通过放热反应而产生热。来自该反应的热可能引起某些安全关注，例如在地下矿井环境中增加的着火风险。这样，在地面上由多个块体38形成芯体元件18′使得在地下矿井中生成的热量最小。

在本发明另一个实施方式中，如图6所述，矿井密封2包括延伸通过后块体壁14、前块体壁16和芯体元件18或18′的可关闭的开口。一对门40可以位于前块体壁16和后块体壁14上以选择性地允许通过该可关闭的开口。混凝土块体20可以用于形成延伸通过矿井密封2的厚度的拱门或开口(未示出)。该门40可以是回转式人行门、闸刀式人行门或任何其他合适类型的门装置。当密封2包括可关闭的开口和门40时，矿井密封2可以用作通风密封，并且随后通过采用如上所述的多个块体20和芯体元件18或18′移除门40并关闭开口，可以转换为爆炸密封。

本发明的矿井密封在矿井入口内提供紧密的密封。粘结剂密封在密封结构的整个外周周围，从而阻止矿井空气从密封的一侧运动到另一侧，并提供了密封在矿井入口内的整体性。已经发现的是，本发明的矿井密封可以经受矿井中超出20psi的矿井爆炸过压，例如超过240psi。密封的强度部分地是在块体之间的粘结剂材料的函数，与现有的密封相比，该材料大大地增加了粘结到芯体元件的块体壁的强度。粘结剂材料还具有挠曲属性，相对于现有的密封，这允许密封更好地吸收能量并防止密封中裂缝的形成。而且，粘结剂材料不随着时间收缩或者降解，相比于现有的由粘固材料制成的密封，为密封提供了更长的期望寿命。增加的强度属性通过在前、后壁的表面上涂敷粘结剂层而可以实现。这样，密封的强度可以根据矿井特定的条件而选择。

应当理解的是，本发明的组合壁还可以用于建筑工业或类似应用中，例如地基、划分壁或者防止来自外部爆炸的损坏(也即作为安全屏障)。代替通过干式堆叠块体或砌筑浆块体构建块体壁，本发明中使用的粘结剂生成了具有此前无法达到的强度属性的组合块体壁。

本领域技术人员容易理解的是，在不脱离上面说明书中所公开的内容的情况下可以对本发明作出修改。这样的修改认为是包括在下面的权利要求之内的，除非权利要求通过它们的语言另外地表达。相应地，这里详细描述的特别的实施方式只用于示例而不作为对本发明范围的限定，本发明给出了后面权利要求及其任何和所有等价物的整个广度。

Claims (26)

1.一种防爆矿井密封，包括：

前壁和后壁，所述前壁和后壁均包括多个块体且所述前壁和后壁均跨越矿井入口；

提供在所述块体的相邻表面之间的粘结剂，所述粘结剂比所述块体具有更大的强度属性；和

在包括多个块体的所述前壁和后壁中的至少一个与矿井入口的表面之间布置有所述粘结剂；

提供在所述前壁和后壁之间并粘结到所述前壁和后壁上的芯体元件，

其中，所述矿井密封能够经受在矿井入口内超出20psi的爆炸过压。

2.根据权利要求1所述的矿井密封，还包括提供在所述前壁和后壁中的至少一个的面向所述芯体元件的那一侧上的粘结剂涂层。

3.根据权利要求2所述的矿井密封，还包括提供在所述前壁的暴露侧上的粘结剂涂层。

4.根据权利要求1所述的矿井密封，其中所述粘结剂包括聚合组分。

5.根据权利要求4所述的矿井密封，其中所述聚合组分包括聚氨酯。

6.根据权利要求1所述的矿井密封，其中所述块体包括混凝土块体。

7.根据权利要求1所述的矿井密封，其中所述芯体元件包括发泡的聚合材料和填充材料。

8.根据权利要求7所述的矿井密封，其中所述发泡的聚合材料包括聚氨酯。

9.根据权利要求1所述的矿井密封，其中所述芯体元件包括多个由发泡的聚合材料形成的块体。

10.根据权利要求9所述的矿井密封，其中所述粘结剂提供在由发泡的聚合材料形成的块体的相邻表面之间。

11.根据权利要求1所述的矿井密封，还包括延伸通过所述前壁、后壁和芯体元件的能够关闭的开口。

12.根据权利要求1所述的矿井密封，还包括提供在所述前壁和后壁之间的至少一个内部壁。

13.一种矿井密封，包括一对块体壁和提供在所述壁之间并粘结到所述壁上的芯体元件，其改进包括：

在所述壁中的块体的相邻表面之间提供粘结剂，所述壁跨越矿井入口，其中所述粘结剂比所述块体具有更大的强度属性，所述矿井密封能够经受矿井中超出20psi的爆炸过压；

其中，在所述一对块体壁中的块体壁与矿井入口的表面之间布置有所述粘结剂。

14.根据权利要求13所述的矿井密封，其中所述强度属性包括抗压强度、挠曲强度、剪切强度和抗拉强度。

15.根据权利要求13所述的矿井密封，其中所述块体包括混凝土块体，且所述粘结剂包括聚合组分。

16.根据权利要求15所述的矿井密封，其中所述聚合组分包括聚氨酯。

17.根据权利要求13所述的矿井密封，其中所述芯体元件包括多个由发泡的聚合材料形成的块体。

18.根据权利要求17所述的矿井密封，其中所述粘结剂提供在由发泡的聚合材料形成的所述块体的相邻表面之间。

19.对防爆矿井密封中包括多个块体的壁进行强化的方法，该方法包括：

提供多个单独的块体；

为每个块体的表面涂敷粘结剂；和

堆叠所述块体以形成跨越矿井入口的壁，所述粘结剂布设在所述块体的相邻表面之间，

其中所述粘结剂比单独的块体具有更大的强度属性，由此使得所述密封能够承受超出20psi的爆炸过压；

其中，所述粘结剂进一步涂覆到所述块体的表面上，从而使得所述粘结剂粘结到矿井入口上。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括为所述壁涂敷所述粘结剂。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述块体包括砌筑块体，所述粘结剂包括聚合材料。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述块体包括混凝土块体，所述聚合材料包括聚氨酯。

23.根据权利要求19所述的方法，其中所述矿井密封包括一对块体壁和提供在所述块体壁之间并粘结到所述块体壁上的芯体元件。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括延伸通过所述一对块体壁和芯体元件的能够关闭的开口。

25.根据权利要求23所述的方法，其中所述芯体元件包括由发泡的聚合材料形成的多个块体。

26.根据权利要求24所述的方法，其中所述粘结剂提供在由发泡的聚合材料形成的块体的相邻表面之间。

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