CN110454216B - 一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置及方法，该装置包括多个单体液压支柱，相邻两个单体液压支柱的缸体之间通过多个支撑加固机构紧固连接，单体液压支柱的顶部设置有顶部支撑机构；该方法包括步骤一、确定单体液压支柱的安装位置；步骤二、安装单体液压支柱；步骤三、安装支撑加固机构；步骤四、检查支撑加固机构与单体液压支柱之间的连接可靠性。本发明通过在矿井巷道内设置多个单体液压支柱，能够对矿井巷道的顶部煤壁进行有效支撑，同时还能根据矿井巷道的具体尺寸进行高度调节，适用范围广泛；通过在相邻两个单体液压支柱的缸体之间连接多个支撑加固机构，能够对单体液压支柱进行加固，提高该支撑装置的可靠性和整体支撑强度。
Description
技术领域
本发明属于灾变区域快速密闭技术领域，具体涉及一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置及方法。
背景技术
我国煤炭资源储量丰富，煤炭资源作为我国国民经济发展的重要支柱的同时，影响矿井安全生产的主要原因是我国煤矿整体防灾减灾技术水平和装备能力与生产发展现状不相适应。矿井在发生灾变时，我们需要快速反应。
目前的矿井密闭支撑装置大多为永久密闭支撑装置，在进行快速支撑时，组装复杂费时。建造具有抗压性的永久密闭支撑装置系统时，材料用量很大，运输和施工工作量大、就灾反应时长，在运输条件较差的地点施工密闭支撑难度非常大。临时快速密闭支撑装置发展时间短，技术不成熟，但其具有很大的发展潜力，适合在发生灾变时密闭。目前，采用气囊进行井下灾变区域的临时密闭时，一般仅在气囊两侧采用隔离门进行隔离，一般不设置井下支撑装置，在井下救灾过程中，由于施工时间很长，对救灾人员的生命安全威胁极大；并且现有的临时快速密闭支撑设计安装复杂，安装不够迅速，我们需要在灾变后快速反应，及时将装置支撑起。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置，其通过在矿井巷道内设置多个单体液压支柱，能够对矿井巷道的顶部煤壁进行有效支撑，同时还能根据矿井巷道的具体尺寸进行高度调节，适用范围广泛；通过在相邻两个单体液压支柱的缸体之间连接多个支撑加固机构，能够对单体液压支柱进行加固，使多个单体液压支柱连接为一个整体，提高该支撑装置的可靠性；通过将多个支撑加固机构沿单体液压支柱的高度方向由上至下呈折线型布设，能提高支撑加固机构对单体液压支柱的支护强度，同时可以根据相邻两个单体液压支柱之间的间距进行灵活调整，提高该支撑装置的通用性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置，其特征在于：包括多个支撑在矿井巷道的顶部煤壁和矿井巷道的路面之间的单体液压支柱，多个所述单体液压支柱相互平行且其沿矿井巷道的宽度方向等间距布设，所述单体液压支柱的一侧设置有用于驱动单体液压支柱进行升降的动力机构，相邻两个所述单体液压支柱的缸体之间通过多个支撑加固机构紧固连接，多个所述支撑加固机构沿单体液压支柱的高度方向由上至下呈折线型布设，所述支撑加固机构的两端分别通过一个自锁式铰接机构与两侧的单体液压支柱的缸体侧壁铰接连接，所述单体液压支柱中活柱体的顶部设置有顶部支撑机构，所述顶部支撑机构包括铰接在单体液压支柱活柱体顶部且用于抓紧矿井巷道顶部煤壁的三角爪撑，所述三角爪撑的中心设置有能够相对于单体液压支柱进行上下移动且用于插入至矿井巷道的顶部煤壁内的顶柱。
上述的一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置，其特征在于：所述动力机构为手摇柄，所述单体液压支柱的一侧设置有供动力机构安装的连接母头，所述连接母头内开设有正六边形接口。
上述的一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置，其特征在于：所述单体液压支柱与动力机构之间设置有变速器，所述变速器的一侧设置有与所述连接母头上正六边形接口相配合的低速连接公头和高速连接公头，所述变速器的另一侧设置有供动力机构安装的连接接口。
上述的一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置，其特征在于：所述支撑加固机构为铝合金伸缩杆且其包括内杆和两个分别套设在内杆两端的外杆，所述外杆上与内杆连接的一端设置有束口，所述外杆上靠近束口的一端外侧套设有预紧螺帽。
上述的一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置，其特征在于：所述自锁式铰接机构包括自锁销钉，所述外杆上远离束口的一端设置有与所述自锁销钉相互配合的铰接孔。
上述的一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置，其特征在于：所述单体液压支柱的数量为3个，布设在矿井巷道中间的一个单体液压支柱的缸体的两侧均设置有多个供外杆铰接连接的铰接座，两个分别布设在矿井巷道两侧的单体液压支柱的缸体上远离煤壁的一侧均设置有多个铰接座，所述铰接座为U形铰接座且其上部开设有与自锁销钉相互配合的铰接孔。
上述的一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置，其特征在于：所述三角爪撑包括3个通过铰接轴铰接在单体液压支柱的活柱体顶部的支撑爪，所述顶柱与每个支撑爪之间均通过活动连杆铰接连接，所述活动连杆的一端铰接在顶柱的中部，所述活动连杆的另一端铰接在支撑爪的中部。
上述的一种井下灾变区域临时快速密闭支撑装置，其特征在于：所述顶柱的下端设置有承压垫，所述承压垫为圆形钢板。
同时，本发明还公开了一种方法步骤简单的井下灾变区域临时快速密闭支撑方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、确定单体液压支柱的安装位置，过程如下：
步骤101、密闭位置的选取：根据井下临时密闭规程在灾变区域的进风侧和回风侧均选取密闭位置对灾变区域进行隔离,所述密闭位置距离灾变区域的距离不小于50m，所述密闭位置即为单体液压支柱的安装位置；
步骤102、确定密闭位置处单体液压支柱的个数及布设间距：根据矿井巷道的宽度，在密闭位置沿矿井巷道的宽度方向等间距设置N个安装位置用于支撑单体液压支柱，其中，N为正整数且N≥3，相邻两个安装位置之间的距离为0.8m～1.2m，所述单体液压支柱中活柱体的顶部设置有顶部支撑机构；
步骤二、安装单体液压支柱，采用人工或运输车由井下硐室或井上厂房向每个密闭位置均运送N个单体液压支柱，在密闭位置处的N个安装位置上分别固定安装单体液压支柱，每个单体液压支柱的安装过程如下：
步骤201、安装检测机构：在顶柱的顶部安装红外测距传感器和压力传感器，在单体液压支柱的一侧安装终端设备，所述终端设备包括控制器和报警装置，所述红外测距传感器、压力传感器和报警装置均与控制器连接；
步骤202、固定单体液压支柱：将单体液压支柱的底座放置在一个安装位置处的地面上，所述单体液压支柱与矿井巷道的地面相互垂直；
步骤203、快速顶升单体液压支柱，过程如下：
步骤2031、在动力机构与单体液压支柱之间设置变速器，所述动力机构为手摇柄，所述单体液压支柱的一侧设置有供动力机构安装的连接母头，所述连接母头内开设有正六边形接口，所述变速器的一侧设置有与所述连接母头上正六边形接口相配合的低速连接公头和高速连接公头，所述变速器的另一侧设置有供动力机构安装的连接接口，将变速器的高速连接公头连接在连接母头上，将手摇柄连接在连接接口上；
步骤2032、手动旋转手摇柄进行单体液压支柱的快速顶升；
步骤204、判断单体液压支柱的快速顶升是否结束：采用红外测距传感器测量顶柱距离矿井巷道顶部的距离，红外测距传感器将采集的数据传输至控制器，控制器对红外测距传感器采集的数据与预设的距离阈值进行比对，当红外测距传感器采集的数据大于预设的距离阈值时，单体液压支柱的快速顶升未结束，继续执行步骤2032；当红外测距传感器采集的数据小于或等于预设的距离阈值时，报警装置发出报警信号，单体液压支柱的快速顶升结束，停止旋转手摇柄，执行步骤205；
步骤205、微调单体液压支柱，过程如下：
步骤2051、将变速器和动力机构整体从单体液压支柱的连接母头上拆除，将变速器的低速连接公头连接在连接母头上；
步骤2052、手动旋转手摇柄对单体液压支柱的顶升高度进行微调；
步骤206、判断单体液压支柱的顶升是否结束：采用压力传感器测量顶柱的顶部受到的压力，压力传感器将采集的数据传输至控制器，控制器对压力传感器采集的数据与预设的压力阈值进行比对，当压力传感器采集的数据小于预设的压力阈值时，单体液压支柱的顶升未结束，继续执行步骤2052；当压力传感器采集的数据不小于预设的压力阈值时，报警装置发出报警信号，单体液压支柱的顶升结束，停止旋转手摇柄，执行步骤207；
步骤207、将动力机构和变速器从单体液压支柱上拆除；
步骤三、安装支撑加固机构，在相邻两个单体液压支柱之间沿单体液压支柱的高度方向由上至下安装多个支撑加固机构，所述单体液压支柱上设置有多个供支撑加固机构安装的铰接座，所述支撑加固机构通过自锁销钉铰接在铰接座上，上下相邻的两个支撑加固机构的连接端铰接在同一铰接座上，多个所述支撑加固机构的安装方法均相同，对任一个所述支撑加固机构进行安装时，均包括以下步骤：
步骤301、调整支撑加固机构的安装长度：根据相邻两个单体液压支柱之间的距离和单体液压支柱上相邻两个铰接座之间的距离调整支撑加固机构的长度，所述支撑加固机构为铝合金伸缩杆且其包括内杆和两个分别套设在内杆两端的外杆，所述外杆上与内杆连接的一端设置有束口，所述外杆上靠近束口的一端外侧套设有预紧螺帽，将预紧螺帽从外杆上脱离，调整内杆伸入至外杆内部的长度，使支撑加固机构的长度达到需要的安装长度，将预紧螺帽拧紧在外杆上进行锁紧；
步骤302、支撑加固机构的铰接安装：将支撑加固机构两端的外杆的端部分别通过自锁销钉铰接在相连两个单体液压支柱的铰接座上，所述支撑加固机构两端的两个所述铰接座上下交错布设；
步骤四、检查支撑加固机构与单体液压支柱之间的连接可靠性：人工晃动伸缩机构，检查每个伸缩机构与对应的单体液压支柱是否连接，当存在伸缩机构与对应的单体液压支柱未连接时，及时补充连接，使所有的自锁销钉均实现自锁，保证伸缩机构与单体液压支柱之间连接可靠。
上述的井下灾变区域临时快速密闭支撑方法，其特征在于：步骤三中，进行支撑加固机构的安装时，相邻两个支撑加固机构上连接在同一铰接座上的外杆同时通过自锁销钉与铰接座铰接连接。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用的密闭支撑装置，结构设计合理，通过在矿井巷道内设置多个单体液压支柱，能够对矿井巷道的顶部煤壁进行有效支撑，同时还能根据矿井巷道的具体尺寸进行高度调节，适用范围广泛；另外，由于单体液压支柱支撑便捷且自身体积较小，便于进行运输和临时存放，能有效减小密闭支撑时间，保障施工人员的人身安全。
2、本发明采用的密闭支撑装置，通过在单体液压支柱的一侧设置动力机构，便于施工人员根据需求对单体液压支柱的上升高度或下降高度进行有效调节，操作便捷。
3、本发明采用的密闭支撑装置，通过在相邻两个单体液压支柱的缸体之间连接多个支撑加固机构，能够对单体液压支柱进行加固，使多个单体液压支柱连接为一个整体，提高该支撑装置的可靠性。
4、本发明通过将多个支撑加固机构沿单体液压支柱的高度方向由上至下呈折线型布设，能提高支撑加固机构对单体液压支柱的支护强度，同时可以根据相邻两个单体液压支柱之间的间距进行灵活调整，提高该支撑装置的通用性。
5、本发明采用的方法，通过在顶柱的顶部设置与控制器连接的红外测距传感器和压力传感器，同时在控制器上连接报警装置，能够根据需要，提示施工人员选择合适的单体液压支柱的升柱速度，能有效提高单体液压支柱的升柱效率。
综上所述，本发明通过在矿井巷道内设置多个单体液压支柱，能够对矿井巷道的顶部煤壁进行有效支撑，同时还能根据矿井巷道的具体尺寸进行高度调节，适用范围广泛；通过在相邻两个单体液压支柱的缸体之间连接多个支撑加固机构，能够对单体液压支柱进行加固，使多个单体液压支柱连接为一个整体，提高该支撑装置的可靠性；通过将多个支撑加固机构沿单体液压支柱的高度方向由上至下呈折线型布设，能提高支撑加固机构对单体液压支柱的支护强度，同时可以根据相邻两个单体液压支柱之间的间距进行灵活调整，提高该支撑装置的通用性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明井下灾变区域临时快速密闭支撑装置的结构示意图。
图2为本发明单体液压支柱与变速器的连接关系示意图。
图3为本发明支撑加固机构的结构示意图。
图4为本发明变速器的结构示意图。
图5为本发明变速器的内部齿轮传动关系示意图。
图6为本发明自锁销钉的结构示意图。
图7为本发明铰接座与一个外杆的连接关系示意图。
图8为办发明铰接座与两个外杆的连接关系示意图。
图9为本发明方法的流程框图。
图10为本发明方法中步骤二的流程框图。
图11为本发明的电路原理框图。
图标记说明:
1—矿井巷道； 2—单体液压支柱； 3—动力机构；
4—连接母头； 5—变速器； 5-1—主动轮；
5-2—第一从动轮； 5-3—第二从动轮； 6-1—低速连接公头；
6-2—高速连接公头； 7—连接接口； 8—内杆；
9—外杆； 9-1—束口； 9-2—铰接孔；
10—预紧螺帽； 11—自锁销钉； 11-1—销钉本体；
11-2—限位件； 11-3—活动锁； 12—三角爪撑；
12-1—支撑爪； 13—顶柱； 14—活动连杆；
15—承压垫； 16—铰接座； 17—红外测距传感器；
18—压力传感器； 19—终端设备； 20—报警装置；
21—控制器。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明包括多个支撑在矿井巷道1的顶部煤壁和矿井巷道1的路面之间的单体液压支柱2，多个所述单体液压支柱2相互平行且其沿矿井巷道1的宽度方向等间距布设，所述单体液压支柱2的一侧设置有用于驱动单体液压支柱2进行升降的动力机构3，相邻两个所述单体液压支柱2的缸体之间通过多个支撑加固机构紧固连接，多个所述支撑加固机构沿单体液压支柱2的高度方向由上至下呈折线型布设，所述支撑加固机构的两端分别通过一个自锁式铰接机构与两侧的单体液压支柱2的缸体侧壁铰接连接，所述单体液压支柱2中活柱体的顶部设置有顶部支撑机构，所述顶部支撑机构包括铰接在单体液压支柱2活柱体顶部且用于抓紧矿井巷道1顶部煤壁的三角爪撑12，所述三角爪撑12的中心设置有能够相对于单体液压支柱2进行上下移动且用于插入至矿井巷道1的顶部煤壁内的顶柱13。
实际使用时，通过在矿井巷道1内设置多个单体液压支柱2，能够对矿井巷道1的顶部煤壁进行有效支撑，同时还能根据矿井巷道1的具体尺寸进行高度调节，适用范围广泛；另外，由于单体液压支柱2支撑便捷且自身体积较小，便于进行运输和临时存放，能有效减小密闭支撑时间，保障施工人员的人身安全。
本实施例中，所述单体液压支柱2优选的为DN手摇式单体液压支柱，通过在单体液压支柱2的一侧设置动力机构3，便于施工人员根据需求对单体液压支柱2的上升高度或下降高度进行有效调节，操作便捷。
实际使用时，通过在相邻两个所述单体液压支柱2的缸体之间连接多个支撑加固机构，能够对单体液压支柱2进行加固，使多个单体液压支柱2连接为一个整体，提高该支撑装置的可靠性。
需要说明的是，通过将多个支撑加固机构沿单体液压支柱2的高度方向由上至下呈折线型布设，能够使得相邻两个支撑加固机构与其中一个单体液压支柱2之间形成三角形结构，能提高支撑加固机构对单体液压支柱2的支护强度，同时可以根据相邻两个单体液压支柱2之间的间距进行灵活调整，提高该支撑装置的通用性。
本实施例中，通过自锁式铰接机构将支撑加固机构与单体液压支柱2紧固连接，能有效提高该支撑装置的安装效率，同时能避免支撑加固机构与单体液压支柱2的连接处发生脱落，进而影响整个支撑装置的可靠性。
实际使用时，通过在单体液压支柱2的顶部设置三角爪撑12，能使三角爪撑12紧紧的抓住矿井巷道1的顶部煤壁，进而能够有效提高单体液压支柱2的支撑强度，同时避免单体液压支柱2相对于矿井巷道1的顶部煤壁发生移位。
需要说明的是，通过在三角爪撑12的中部设置一个顶柱13，当单体液压支柱2在动力机构3的作用下上升时，所述顶柱13可随着单体液压支柱2的顶部插入至矿井巷道1的顶部煤壁内，进而对单体液压支柱2进行限位，提高单体液压支柱2与矿井巷道1顶部煤壁的连接强度，防止单体液压支柱2发生倾覆。
本实施例中，所述单体液压支柱2采用直径为0.1m的内注式单体液压支柱，底部有加厚加宽的底座，适应于各种巷道。
本实施例中，所述动力机构3为手摇柄，所述单体液压支柱2的一侧设置有供动力机构3安装的连接母头4，所述连接母头4内开设有正六边形接口。
实际使用时，所述单体液压支柱2的一侧设置有供动力机构3安装的连接母头4，所述连接母头4的端部设置有向内凹陷的正六边形接口，便于手摇柄的安装。
如图2和图4所示，本实施例中，所述单体液压支柱2与动力机构3之间设置有变速器5，所述变速器5的一侧设置有与所述连接母头4上正六边形接口相配合的低速连接公头6-1和高速连接公头6-2，所述变速器5的另一侧设置有供动力机构3安装的连接接口7。
实际使用时，通过在单体液压支柱2与动力机构3之间设置变速器5，并在变速器5的一侧设置低速连接公头6-1和高速连接公头6-2，当单体液压支柱2的连接母头4与低速连接公头6-1连接时，通过手动控制动力机构3可以对单体液压支柱2的上升高度进行微调；当单体液压支柱2的连接母头4与高速连接公头6-2连接时，通过手动控制动力机构3可以对单体液压支柱2的上升高度进行快速调整，能有效提高单体液压支柱2的安装效率和支撑强度。
需要说明的是，所述低速连接公头6-1和高速连接公头6-2的结构与手摇柄接头端的结构相同，在进行单体液压支柱2的升柱和降柱时，可以直接采用手摇柄进行驱动，为了提高单体液压支柱2的安装效率，减轻施工人员的劳动强度，也可在单体液压支柱2与动力机构3之间加装变速器5进行操作。
如图5所示，本实施例中，所述变速器5包括主动轮5-1、第一从动轮5-2和第二从动轮5-3，所述第一从动轮5-2和第二从动轮5-3分别布设在主动轮5-1的两侧且其均与主动轮5-1相互啮合，所述主动轮5-1的转轴与变速器5的六角形接口4固定连接，所述第一从动轮5-2的转轴与低速连接公头6-1固定连接，所述第二从动轮5-3的转轴与高速连接公头6-2固定连接，所述第一从动轮5-2的齿数大于主动轮5-1的齿数，所述主动轮5-1的齿数大于第二从动轮5-3的齿数。
如图3所示，本实施例中，所述支撑加固机构为铝合金伸缩杆且其包括内杆8和两个分别套设在内杆8两端的外杆9，所述外杆9上与内杆8连接的一端设置有束口9-1，所述外杆9上靠近束口9-1的一端外侧套设有预紧螺帽10。
实际使用时，通过将所述支撑加固机构设置为铝合金伸缩杆，能有效减轻该密闭支撑装置的重量，便于施工人员进行运送及安装，能有效减轻施工人员的劳动强度，提高施工效率。
需要说明的是，通过在外杆9上与内杆8连接的一端设置有束口9-1，所述束口9-1对内杆8有一定的约束力，保证伸缩杆不会晃动，提高伸缩杆装置的可靠性，通过在外杆9上靠近束口9-1的一端外侧套设有预紧螺帽10，能够对束口9-1进行加固，进而提高外杆9与内杆8之间的连接强度和连接可靠性，防止内杆8相对于外杆9发生滑动。
本实施例中，通过在外杆9的端部沿其周向开设3道缝隙，并将其向内挤压后形成所述束口9-1。
实际使用时，所述外杆9的外侧壁上设置有与所述预紧螺帽10的内螺纹相配合的外螺纹。
本实施例中，所述自锁式铰接机构包括自锁销钉11，所述外杆9上远离束口9-1的一端设置有与所述自锁销钉11相互配合的铰接孔9-2。
实际使用时，所述外杆9上远离束口9-1的一端呈扁平状，所述铰接孔9-2开设在外杆9上呈扁平状的节段上，便于与单体液压支柱2的缸体铰接连接。
如图6所示，本实施例中，所述自锁销钉11包括柱形的销钉本体11-1，所述销钉本体11-1的一端设置有限位件11-2，所述销钉本体11-1的另一端嵌装有两个对称布设的活动锁11-3，所述销钉本体11-1上开设有供活动锁11-3安装的导向槽，所述活动锁11-3通过弹簧安装在所述导向槽内。
本实施例中，所述单体液压支柱2的数量为3个，布设在矿井巷道1中间的一个单体液压支柱2的缸体的两侧均设置有多个供外杆9铰接连接的铰接座16，两个分别布设在矿井巷道1两侧的单体液压支柱2的缸体上远离煤壁的一侧均设置有多个铰接座16，所述铰接座16为U形铰接座且其上部开设有与自锁销钉11相互配合的铰接孔。
如图7和图8所示，实际使用时，通过将所述铰接座16设置为U形铰接座，便于外杆9的连接，所述铰接座16的两侧均开设有供自锁销钉11穿过的通孔，两个所述通孔呈同轴布设；铰接连接时，所述外杆9上呈扁平状的一端置于所述铰接座16的凹槽内，同时使铰接孔9-2与铰接座16上的通孔呈同轴布设，将自锁销钉11上设置有活动锁11-3的一端穿过两个所述通孔和铰接孔9-2后，使外杆9与单体液压支柱2的缸体铰接连接。
需要说明的是，位于矿井巷道1中间的单体液压支柱2两侧的铰接座16的个数相等且一一对应，位于矿井巷道1两侧的两个单体液压支柱2上铰接座16的个数与矿井巷道1中间的单体液压支柱2上每一侧的铰接座16的个数均相等且一一对应，布设在单体液压支柱2同一侧的铰接座16的个数不小于支撑加固机构的个数，上下相邻的两个支撑加固机构的连接端铰接在同一铰接座16上。
本实施例中，所述三角爪撑12包括3个通过铰接轴铰接在单体液压支柱2的活柱体顶部的支撑爪12-1，所述顶柱13与每个支撑爪12-1之间均通过活动连杆14铰接连接，所述活动连杆14的一端铰接在顶柱13的中部，所述活动连杆14的另一端铰接在支撑爪12-1的中部。
实际使用时，3个所述支撑爪12-1沿单体液压支柱2活柱体的周向等间距布设，所述支撑爪12-1的下端铰接在单体液压支柱2活柱体的顶部，所述支撑爪12-1的上端设置有用于支撑顶部煤壁的向外延伸的凸沿。
需要说明的是，通过活动连杆14将顶柱13与支撑爪12-1铰接连接，能够实现顶柱13与支撑爪12-1的同步动作，使支撑爪12-1抓紧顶部煤壁的同时，所述顶柱13插入至顶部煤壁内部对单体液压支柱2进行固定，整个结构设计巧妙，实用性较强。
本实施例中，所述顶柱13的下端设置有承压垫15，所述承压垫15为圆形钢板。
实际使用时，通过在顶柱13的下端设置有承压垫15，能够增大顶柱13与单体液压支柱2的活柱体之间的接触面积，保证单体液压支柱2的活柱体对顶柱13施加力的稳定性，进而避免顶柱13发生歪斜。
本实施例中，所述承压垫15与顶柱13呈同轴布设且其固定在顶柱13的下部，所述承压垫15与单体液压支柱2的活柱体顶端呈平行布设，当所述顶柱13在不受外力的情况下，所述承压垫15与单体液压支柱2的活柱体顶端存在一定的孔隙。
如图9和图10所示的一种井下灾变区域临时快速密闭支撑方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、确定单体液压支柱的安装位置，过程如下：
步骤101、密闭位置的选取：根据井下临时密闭规程在灾变区域的进风侧和回风侧均选取密闭位置对灾变区域进行隔离,所述密闭位置距离灾变区域的距离不小于50m，所述密闭位置即为单体液压支柱2的安装位置；
当矿井井下发生灾变时，井下检测系统检测到信号后传递至井上监控系统，井上监控系统发出警报信号，指挥中心通过对险情的判断作出反馈制定相应措施，其中反应最为快速和有效的临时措施为对巷道进行临时密闭，控制灾情，对巷道进行临时快速密闭的首要事情是确定密闭位置。
在进行临时快速密闭时，应该在矿井巷道发生灾变的进风侧和回风侧同时采用密闭装置进行密闭，在密闭装置的前后两侧均应支设该密闭支撑装置，密闭位置距离灾变区域的距离不能过近，一般以50m为界限；进行矿井巷道1的临时快速密闭支撑时，需要选定顶底板条件较好巷道位置，一般选在矿井上部。
步骤102、确定密闭位置处单体液压支柱的个数及布设间距：根据矿井巷道1的宽度，在密闭位置沿矿井巷道的宽度方向等间距设置N个安装位置用于支撑单体液压支柱2，其中，N为正整数且N≥3，相邻两个安装位置之间的距离为0.8m～1.2m，所述单体液压支柱2中活柱体的顶部设置有顶部支撑机构；
实际使用时，进行矿井巷道1的临时快速密闭支撑时，相邻两个单体液压支柱2间的距离不能过于宽大，一般情况下，相邻两个单体液压支柱2间的距离为0.8m～1.2m，保证一个密闭位置处支撑有三个单体液压支柱2，提高矿井巷道1支撑的稳定性。
步骤二、安装单体液压支柱，采用人工或运输车由井下硐室或井上厂房向每个密闭位置均运送N个单体液压支柱2，在密闭位置处的N个安装位置上分别固定安装单体液压支柱2，如图10所示，每个单体液压支柱2的安装过程如下：
实际使用时，根据矿井条件，所述单体液压支柱2可以存放在井下硐室，也可以存放在井上厂房，所述单体液压支柱2均为特制的单体液压支柱2，所述单体液压支柱2的缸体上设置有铰接座16，所述单体液压支柱2中活柱体的顶部设置有顶部支撑机构。
步骤201、安装检测机构：如图2和图11所示，在顶柱13的顶部安装红外测距传感器17和压力传感器18，在单体液压支柱2的一侧安装终端设备19，所述终端设备19包括控制器21和报警装置20，所述红外测距传感器17、压力传感器18和报警装置20均与控制器21连接；
实际使用时，通过在顶柱13的上表面安装红外测距传感器17，能够实时监测顶柱13的上表面与矿井巷道1的煤壁顶部之间的距离，便于施工人员利用变速器5进行单体液压支柱2的顶升支撑，能有效提高工作效率。
需要说明的是，通过在顶柱13的顶部安装压力传感器18，能够通过压力传感器18测量顶柱13受到的压力，进而判断顶柱13伸入至煤壁内部的长度，操作方便。
本实施例中，所述报警装置20优选的为声光报警器，可以同时通过声音和光线提醒施工人员，所述控制器21优选的为型号为stm32F103的ARM微控制器或型号为RT3399的ARM微控制器，所述红外测距传感器17优选的型号为GP2Y0A21YK0F的红外测距传感器，所述压力传感器18优选的为型号为EVT-20CD的柱式称重传感器。
实际使用时，所述终端设备19可以手持，也可以固定安装在单体液压支柱2的一侧下部，便于施工人员及时收到报警信号，所述终端设备19包括一个防爆壳体，所述控制器21和报警装置20均安装在所述防爆壳体内。
步骤202、固定单体液压支柱：将单体液压支柱2的底座放置在一个安装位置处的地面上，所述单体液压支柱2与矿井巷道1的地面相互垂直；
步骤203、快速顶升单体液压支柱，过程如下：
步骤2031、在动力机构3与单体液压支柱2之间设置变速器5，所述动力机构3为手摇柄，所述单体液压支柱2的一侧设置有供动力机构3安装的连接母头4，所述连接母头4内开设有正六边形接口，所述变速器5的一侧设置有与所述连接母头4上正六边形接口相配合的低速连接公头6-1和高速连接公头6-2，所述变速器5的另一侧设置有供动力机构3安装的连接接口7，将变速器5的高速连接公头6-2连接在连接母头4上，将手摇柄连接在连接接口7上；
步骤2032、手动旋转手摇柄进行单体液压支柱2的快速顶升；
实际使用时，在单体液压支柱2进行初步顶升时，单体液压支柱2中活柱体的顶部距离煤壁顶部之间还具有一定的距离，通过将变速器5的高速连接公头6-2与连接母头4连接在一起，能够实现单体液压支柱2的快速顶升，能够使施工人员以一定的速度转动手摇柄时，所述单体液压支柱2中的活柱体能够快速上升，进而有效缩短升柱时间。
步骤204、判断单体液压支柱的快速顶升是否结束：采用红外测距传感器17测量顶柱13距离矿井巷道1顶部的距离，红外测距传感器17将采集的数据传输至控制器21，控制器21对红外测距传感器17采集的数据与预设的距离阈值进行比对，当红外测距传感器17采集的数据大于预设的距离阈值时，单体液压支柱2的快速顶升未结束，继续执行步骤2032；当红外测距传感器17采集的数据小于或等于预设的距离阈值时，报警装置20发出报警信号，单体液压支柱2的快速顶升结束，停止旋转手摇柄，执行步骤205；
实际使用时，通过在单体液压支柱2中活柱体的顶部设置红外测距传感器17，在采用变速器5的高速连接公头6-2进行快速升柱的过程中，当红外测距传感器17测量到顶柱13距离矿井巷道1顶部的距离为0.15m时，控制器21控制报警装置20发出报警信号，施工人员接收到报警信号后停止快速升柱。
步骤205、微调单体液压支柱，过程如下：
步骤2051、将变速器5和动力机构3整体从单体液压支柱2的连接母头4上拆除，将变速器5的低速连接公头6-1连接在连接母头4上；
步骤2052、手动旋转手摇柄对单体液压支柱2的顶升高度进行微调；
实际使用时，当单体液压支柱2顶部的顶柱13上升到一定位置后，需要更换变速器5的低速连接公头6-1，驱动单体液压支柱2的活柱体缓慢向上进行微调，使顶柱13逐渐插入至煤壁内部，防止单体液压支柱2的上升速度过大导致顶柱13收到的冲击力过大发生损坏。
步骤206、判断单体液压支柱的顶升是否结束：采用压力传感器18测量顶柱13的顶部受到的压力，压力传感器18将采集的数据传输至控制器21，控制器21对压力传感器18采集的数据与预设的压力阈值进行比对，当压力传感器18采集的数据小于预设的压力阈值时，单体液压支柱2的顶升未结束，继续执行步骤2052；当压力传感器18采集的数据不小于预设的压力阈值时，报警装置20发出报警信号，单体液压支柱2的顶升结束，停止旋转手摇柄，执行步骤207；
实际使用时，所述预设的压力阈值为100kN，通过在顶柱13的顶部设置压力传感器18，当顶柱13的顶部逐渐插入至煤壁内部的过程中，顶柱13受到的压力逐渐增大，当压力传感器18测量的压力值为100kN时，控制器21控制报警装置20发出报警信号，施工人员接收到报警信号后停止升柱。
步骤207、将动力机构3和变速器5从单体液压支柱2上拆除；
实际使用时，进行另一个密闭位置处的N个单体液压支柱2的安装时，安装方法同步骤二。
步骤三、安装支撑加固机构，在相邻两个单体液压支柱2之间沿单体液压支柱2的高度方向由上至下安装多个支撑加固机构，所述单体液压支柱2上设置有多个供支撑加固机构安装的铰接座16，所述支撑加固机构通过自锁销钉11铰接在铰接座16上，上下相邻的两个支撑加固机构的连接端铰接在同一铰接座16上，多个所述支撑加固机构的安装方法均相同，对任一个所述支撑加固机构进行安装时，均包括以下步骤：
实际使用时，在相邻两个单体液压支柱2之间进行多个支撑加固机构的安装时，多个支撑加固机构由上至下依次安装。
步骤301、调整支撑加固机构的安装长度：根据相邻两个单体液压支柱2之间的距离和单体液压支柱2上相邻两个铰接座16之间的距离调整支撑加固机构的长度，所述支撑加固机构为铝合金伸缩杆且其包括内杆8和两个分别套设在内杆8两端的外杆9，所述外杆9上与内杆8连接的一端设置有束口9-1，所述外杆9上靠近束口9-1的一端外侧套设有预紧螺帽10，将预紧螺帽10从外杆9上脱离，调整内杆8伸入至外杆9内部的长度，使支撑加固机构的长度达到需要的安装长度，将预紧螺帽10拧紧在外杆9上进行锁紧；
步骤302、支撑加固机构的铰接安装：将支撑加固机构两端的外杆9的端部分别通过自锁销钉11铰接在相连两个单体液压支柱2的铰接座16上，所述支撑加固机构两端的两个所述铰接座16上下交错布设；
实际使用时，所述外杆9的端部置于铰接座16的凹槽中，使得外杆9两端的铰接孔9-2与铰接座16两侧的通孔呈同轴布设，通过自锁销钉11对外杆9与铰接座16进行铰接连接，可以提高支撑加固机构与单体液压支柱2之间的连接可靠性。
步骤四、检查支撑加固机构与单体液压支柱之间的连接可靠性：人工晃动伸缩机构，检查每个伸缩机构与对应的单体液压支柱是否连接，当存在伸缩机构与对应的单体液压支柱未连接时，及时补充连接，使所有的自锁销钉11均实现自锁，保证伸缩机构与单体液压支柱2之间连接可靠。
实际使用时，通过人工晃动整个支撑装置，保证单体液压支柱2的底部支撑平稳，所述单体液压支柱2的顶部与煤壁接触牢固，支撑加固机构与单体液压支柱2铰接稳定。
本实施例中，步骤三中，进行支撑加固机构的安装时，相邻两个支撑加固机构上连接在同一铰接座16上的外杆9同时通过自锁销钉11与铰接座16铰接连接。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (5)
1.一种井下灾变区域临时快速密闭支撑方法，其特征在于：该方法采用的井下灾变区域临时快速密闭支撑装置包括多个支撑在矿井巷道（1）的顶部煤壁和矿井巷道（1）的路面之间的单体液压支柱（2），多个所述单体液压支柱（2）相互平行且其沿矿井巷道（1）的宽度方向等间距布设，所述单体液压支柱（2）的一侧设置有用于驱动单体液压支柱（2）进行升降的动力机构（3），相邻两个所述单体液压支柱（2）的缸体之间通过多个支撑加固机构紧固连接，多个所述支撑加固机构沿单体液压支柱（2）的高度方向由上至下呈折线型布设，所述支撑加固机构的两端分别通过一个自锁式铰接机构与两侧的单体液压支柱（2）的缸体侧壁铰接连接，所述单体液压支柱（2）中活柱体的顶部设置有顶部支撑机构，所述顶部支撑机构包括铰接在单体液压支柱（2）活柱体顶部且用于抓紧矿井巷道（1）顶部煤壁的三角爪撑（12），所述三角爪撑（12）的中心设置有能够相对于单体液压支柱（2）进行上下移动且用于插入至矿井巷道（1）的顶部煤壁内的顶柱（13）；
所述支撑加固机构为铝合金伸缩杆且其包括内杆（8）和两个分别套设在内杆（8）两端的外杆（9），所述外杆（9）上与内杆（8）连接的一端设置有束口（9-1），所述外杆（9）上靠近束口（9-1）的一端外侧套设有预紧螺帽（10）；
所述自锁式铰接机构包括自锁销钉（11），所述外杆（9）上远离束口（9-1）的一端设置有与所述自锁销钉（11）相互配合的铰接孔（9-2）；
所述单体液压支柱（2）的数量为3个，布设在矿井巷道（1）中间的一个单体液压支柱（2）的缸体的两侧均设置有多个供外杆（9）铰接连接的铰接座（16），两个分别布设在矿井巷道（1）两侧的单体液压支柱（2）的缸体上远离煤壁的一侧均设置有多个铰接座（16），所述铰接座（16）为U形铰接座且其上部开设有与自锁销钉（11）相互配合的铰接孔；
所述三角爪撑（12）包括3个通过铰接轴铰接在单体液压支柱（2）的活柱体顶部的支撑爪（12-1），所述顶柱（13）与每个支撑爪（12-1）之间均通过活动连杆（14）铰接连接，所述活动连杆（14）的一端铰接在顶柱（13）的中部，所述活动连杆（14）的另一端铰接在支撑爪（12-1）的中部；
该方法包括以下步骤：
步骤一、确定单体液压支柱的安装位置，过程如下：
步骤101、密闭位置的选取：根据井下临时密闭规程在灾变区域的进风侧和回风侧均选取密闭位置对灾变区域进行隔离,所述密闭位置距离灾变区域的距离不小于50m，所述密闭位置即为单体液压支柱（2）的安装位置；
步骤102、确定密闭位置处单体液压支柱的个数及布设间距：根据矿井巷道（1）的宽度，在密闭位置沿矿井巷道的宽度方向等间距设置N个安装位置用于支撑单体液压支柱（2），其中，N为正整数且N≥3，相邻两个安装位置之间的距离为0.8m～1.2m，所述单体液压支柱（2）中活柱体的顶部设置有顶部支撑机构；
步骤二、安装单体液压支柱，采用人工或运输车由井下硐室或井上厂房向每个密闭位置均运送N个单体液压支柱（2），在密闭位置处的N个安装位置上分别固定安装单体液压支柱（2），每个单体液压支柱（2）的安装过程如下：
步骤201、安装检测机构：在顶柱（13）的顶部安装红外测距传感器（17）和压力传感器（18），在单体液压支柱（2）的一侧安装终端设备（19），所述终端设备（19）包括控制器（21）和报警装置（20），所述红外测距传感器（17）、压力传感器（18）和报警装置（20）均与控制器（21）连接；
步骤202、固定单体液压支柱：将单体液压支柱（2）的底座放置在一个安装位置处的地面上，所述单体液压支柱（2）与矿井巷道（1）的地面相互垂直；
步骤203、快速顶升单体液压支柱，过程如下：
步骤2031、在动力机构（3）与单体液压支柱（2）之间设置变速器（5），所述动力机构（3）为手摇柄，所述单体液压支柱（2）的一侧设置有供动力机构（3）安装的连接母头（4），所述连接母头（4）内开设有正六边形接口，所述变速器（5）的一侧设置有与所述连接母头（4）上正六边形接口相配合的低速连接公头（6-1）和高速连接公头（6-2），所述变速器（5）的另一侧设置有供动力机构（3）安装的连接接口（7），将变速器（5）的高速连接公头（6-2）连接在连接母头（4）上，将手摇柄连接在连接接口（7）上；
步骤2032、手动旋转手摇柄进行单体液压支柱（2）的快速顶升；
步骤204、判断单体液压支柱的快速顶升是否结束：采用红外测距传感器（17）测量顶柱（13）距离矿井巷道（1）顶部的距离，红外测距传感器（17）将采集的数据传输至控制器（21），控制器（21）对红外测距传感器（17）采集的数据与预设的距离阈值进行比对，当红外测距传感器（17）采集的数据大于预设的距离阈值时，单体液压支柱（2）的快速顶升未结束，继续执行步骤2032；当红外测距传感器（17）采集的数据小于或等于预设的距离阈值时，报警装置（20）发出报警信号，单体液压支柱（2）的快速顶升结束，停止旋转手摇柄，执行步骤205；
步骤205、微调单体液压支柱，过程如下：
步骤2051、将变速器（5）和动力机构（3）整体从单体液压支柱（2）的连接母头（4）上拆除，将变速器（5）的低速连接公头（6-1）连接在连接母头（4）上；
步骤2052、手动旋转手摇柄对单体液压支柱（2）的顶升高度进行微调；
步骤206、判断单体液压支柱的顶升是否结束：采用压力传感器（18）测量顶柱（13）的顶部受到的压力，压力传感器（18）将采集的数据传输至控制器（21），控制器（21）对压力传感器（18）采集的数据与预设的压力阈值进行比对，当压力传感器（18）采集的数据小于预设的压力阈值时，单体液压支柱（2）的顶升未结束，继续执行步骤2052；当压力传感器（18）采集的数据不小于预设的压力阈值时，报警装置（20）发出报警信号，单体液压支柱（2）的顶升结束，停止旋转手摇柄，执行步骤207；
步骤207、拆除动力机构：将动力机构（3）和变速器（5）从单体液压支柱（2）上拆除；
步骤三、安装支撑加固机构，在相邻两个单体液压支柱（2）之间沿单体液压支柱（2）高度方向由上至下安装多个支撑加固机构，所述单体液压支柱（2）上设置有多个供支撑加固机构安装的铰接座（16），所述支撑加固机构通过自锁销钉（11）铰接在铰接座（16）上，上下相邻的两个支撑加固机构的连接端铰接在同一铰接座（16）上，多个所述支撑加固机构的安装方法均相同，对任一个所述支撑加固机构进行安装时，均包括以下步骤：
步骤301、调整支撑加固机构的安装长度：根据相邻两个单体液压支柱（2）之间的距离和单体液压支柱（2）上相邻两个铰接座（16）之间的距离调整支撑加固机构的长度，所述支撑加固机构为铝合金伸缩杆且其包括内杆（8）和两个分别套设在内杆（8）两端的外杆（9），所述外杆（9）上与内杆（8）连接的一端设置有束口（9-1），所述外杆（9）上靠近束口（9-1）的一端外侧套设有预紧螺帽（10），将预紧螺帽（10）从外杆（9）上脱离，调整内杆（8）伸入至外杆（9）内部的长度，使支撑加固机构的长度达到需要的安装长度，将预紧螺帽（10）拧紧在外杆（9）上进行锁紧；
步骤302、支撑加固机构的铰接安装：将支撑加固机构两端的外杆（9）的端部分别通过自锁销钉（11）铰接在相连两个单体液压支柱（2）的铰接座（16）上，所述支撑加固机构两端的两个所述铰接座（16）上下交错布设；
步骤四、检查支撑加固机构与单体液压支柱之间的连接可靠性：人工晃动伸缩机构，检查每个伸缩机构与对应的单体液压支柱是否连接，当存在伸缩机构与对应的单体液压支柱未连接时，及时补充连接，使所有的自锁销钉（11）均实现自锁，保证伸缩机构与单体液压支柱（2）之间连接可靠。
2.按照权利要求1所述的一种井下灾变区域临时快速密闭支撑方法，其特征在于：所述动力机构（3）为手摇柄，所述单体液压支柱（2）的一侧设置有供动力机构（3）安装的连接母头（4），所述连接母头（4）内开设有正六边形接口。
3.按照权利要求2所述的一种井下灾变区域临时快速密闭支撑方法，其特征在于：所述单体液压支柱（2）与动力机构（3）之间设置有变速器（5），所述变速器（5）的一侧设置有与所述连接母头（4）上正六边形接口相配合的低速连接公头（6-1）和高速连接公头（6-2），所述变速器（5）的另一侧设置有供动力机构（3）安装的连接接口（7）。
4.按照权利要求1所述的一种井下灾变区域临时快速密闭支撑方法，其特征在于：所述顶柱（13）的下端设置有承压垫（15），所述承压垫（15）为圆形钢板。
5.一种如权利要求1所述的井下灾变区域临时快速密闭支撑方法，其特征在于：步骤三中，进行支撑加固机构的安装时，相邻两个支撑加固机构上连接在同一铰接座（16）上的外杆（9）同时通过自锁销钉（11）与铰接座（16）铰接连接。
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