CN110630262A - 一种矿山巷道作业面防坍塌方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿山支护领域，具体的说是一种矿山巷道作业面防坍塌方法；通过气缸提供压力，使得弧形支架向两边展开，在展开过程中，当滑块位置到达极限位置时，弧形支架通过铰接板继续向两边展开，直至顶板被顶起，实现了支撑的效果；由于矿洞内部空气较为湿润，空气中的水分通过橡胶囊上端的通孔进入橡胶囊内部，从而使得吸水树脂吸水膨胀，增大了橡胶囊的体积，即增大了支撑装置的工作面，并且在吸水树脂的膨胀过程中，填补了橡胶囊与矿洞工作面之间的缝隙，实现了支撑装置和矿洞工作面之间从点接触到面接触，增大了支撑装置的平稳性，减小了存在的安全隐患。
Description
技术领域
本发明属于矿山支护领域，具体的说是一种矿山巷道作业面防坍塌方法。
背景技术
在行进矿山掘进开采的过程中，由于开采会导致原本稳定的地层结构受到破坏，因此需要对开采坑道进行支撑，防止发生塌方，由于支撑结构的受力较大，而且坑道的土石结构在受力的情况下容易发生沉降，导致支撑板无法保持水平，而且开采过程中产生的震动也会导致支撑面的不稳固；矿山支架(support in mine)是指安装在矿山巷道中起支撑岩石作用的人工构筑物；其作用是控制围岩的移动，防止围岩冒落，以保持巷道的安全使用空间；按使用时间分有临时支架和永久支架；按力学性质分有刚性和可缩性支架；按材料分有木、金属、石材、钢筋混凝土支架等。
目前用于矿山工作面支撑的装置大多数为点支撑，容易失稳，且支撑范围较小，另外这些装置在工作过程中只会对矿洞上部较突出的部分进行支撑，稳定性较差，危险性较大，且这些支撑装置均靠气缸提供支撑力，支撑力提供单元较为单一，当气缸损坏泄压时，装置会直接失效，极易可能造成矿洞坍塌，存在较大安全隐患。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决支撑范围小，稳定性较差，支撑力提供单元较为单一，当气缸损坏泄压时，装置会直接失效，极易可能造成矿洞坍塌，存在较大安全隐患的问题，本发明提出的一种矿山巷道作业面防坍塌方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种矿山巷道作业面防坍塌方法，其防坍塌方法包括以下步骤：
S1：在矿物层上部设置第一层顶梁，在第一层顶梁下部挖掘出施工空间，然后在空间内打桩，制备第一层立柱，第一层立柱向下深度超过第一层要开采的矿洞的深度，向上至第一层顶梁；
S2：开采第一层顶梁下部的矿物，形成第一层矿洞；在第一层矿洞底部靠近第一层立柱底部向下打桩，制备第二层立柱，第二层立柱向下深度超过第二层要开采的矿洞的深度，然后制备第二层顶梁；第二层顶梁将第一层立柱底部、第二层立柱顶部浇筑在一起，三者浇筑成一体结构；
S3：开采第二层顶梁下部的第二层矿物，形成第二层矿洞；在第二层矿洞底部靠近第二层立柱底部向下打桩，制备第三层立柱，第三层立柱向下深度超过第三层要开采的矿洞的深度，然后制备第三层顶梁，第三层顶梁将第二层立柱底部、第三层立柱顶部浇筑在一起，三者浇筑成一体结构；
其中，S4所述支撑装置包括底板、弧形支架、气缸和顶板，所述弧形支架对称铰接在底板上表面；所述气缸两端分别与两弧形支架杆部铰接；所述顶板下端设有滑槽；所述滑槽内设有滑块，且滑块与弧形支架端部通过铰接板铰接；通过弧形支架、气缸和顶板的配合使得顶板顶起，起到支撑作用；工作时，气缸提供压力，使得弧形支架向两边展开，在展开过程中，当滑块位置到达极限位置时，弧形支架通过铰接板继续向两边展开，直至顶板被顶起，实现了支撑的效果。
优选的，所述顶板上设有橡胶囊；所述橡胶囊内填有吸水树脂，且在橡胶囊上端开有通孔；通过吸水树脂吸水后使得橡胶囊体积增大，增大支撑稳定性；工作时，由于矿洞内部空气较为湿润，空气中的水分通过橡胶囊上端的通孔进入橡胶囊内部，从而使得吸水树脂吸水膨胀，增大了橡胶囊的体积，即增大了支撑装置的工作面，并且在吸水树脂的膨胀过程中，填补了橡胶囊与矿洞工作面之间的缝隙，实现了支撑装置和矿洞工作面之间从点接触到面接触，增大了支撑装置的平稳性，减小了存在的安全隐患。
优选的，所述橡胶囊内设有薄壁玻璃管；所述薄壁玻璃管内设有固化剂；通过吸水树脂吸水后体积变大，撑胀橡胶囊，从而拉碎薄壁玻璃管，使得固化剂流出，固化吸水树脂；工作时，当吸水树脂通过橡胶囊上的通孔吸收水分后，体积开始膨胀，从而在橡胶囊内部产生了向外膨胀的压力，使得薄壁玻璃管破碎，内部的固化剂流出后使得吸水树脂凝固，凝固后的吸水树脂形状固定，硬度增大，即增大了装置的支撑力，并且防止吸水树脂到后期发生变形，从而影响到装置的支撑效果。
优选的，所述底板上对称固连有支柱；所述支柱与顶板侧壁接触，支柱杆部与弧形支架杆部通过铰接轮铰接，支柱在与顶板侧壁接触的一侧上端开有槽口；所述顶板中开有L形通道；所述L形通道两端分别开设在顶板上端和顶板侧壁，且L形通道的下端口当顶板被顶至最高位置时与支柱上的槽口相连；所述L形通道内设有卡块；所述橡胶囊与L形通道上端口接触处开有孔；通过吸水树脂吸水膨胀后通过L形通道挤压卡块，使得卡块卡住支柱上的槽口；工作时，气缸通气后将弧形支架向两边挤压，当弧形支架完全打开时，支柱上的槽口与L形通道的下端口相连，通过橡胶囊上的通孔吸收水分膨胀后通过L形通道的上端口进入L形通道内，推动卡块卡住支柱上的槽口，实现支撑的作用，这样我们就避免了在整个装置中，动力装置单一的问题，当气缸突然损坏泄气时，也能提供安全保障，并且当气缸提供气压时，可以增强对顶板的支撑力，增大顶板的稳定性，减小工作过程中的安全隐患。
优选的，所述L形通道内，卡块与L形通道上端的端口之间通过扭簧固定有Z形卡棒；通过吸水树脂吸水膨胀后，挤压卡块，卡块卡住支柱上的槽口时，Z形卡棒落下卡住卡块；工作时，吸水树脂通过橡胶囊上的通孔吸收水分膨胀后推动卡块向前移动，直至卡块卡住支柱上的槽口，此时Z形卡棒落下后卡住卡块，对卡块实现了位置限定，防止工作过程中出现意外后，卡块脱离槽口，从而造成安全隐患，减小装置稳定性。
优选的，所述槽口内设有一号气囊；所述一号气囊内装有固化剂；所述卡块工作端设有撞针，卡块在撞针尾部开有空腔装有二号气囊；所述二号气囊内装有二氧化碳；通过滑块、撞针、一号气囊和二号气囊的作用使得固化剂填充卡块与槽口的缝隙；工作时，当吸水树脂通过橡胶囊上的通孔吸收水分膨胀后推动卡块向前移动时，卡块前端的撞针撞破一号气囊和二号气囊，二号气囊内部的二氧化碳喷出后对卡块与槽口的接触位置进行清洗，一号气囊内部的固化剂流出后填充了卡块与槽口之间的缝隙，防止在工作过程中，卡块和槽口之间产生晃动，影响装置的平稳性，固化剂的填充还增强了支柱与顶板之间的配合力，增强装置的支撑力。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种矿山巷道作业面防坍塌方法，通过气缸提供压力，使得弧形支架向两边展开，在展开过程中，当滑块位置到达极限位置时，弧形支架通过铰接板继续向两边展开，直至顶板被顶起，实现了支撑的效果。
2.本发明所述的一种矿山巷道作业面防坍塌方法，通过吸水树脂吸水后使得橡胶囊体积增大，增大了支撑装置的工作面，并且在吸水树脂的膨胀过程中，填补了橡胶囊与矿洞工作面之间的缝隙，实现了支撑装置和矿洞工作面之间从点接触到面接触，增大了支撑装置的平稳性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的流程图；
图2是本发明中支撑装置的立体图；
图3是本发明中支撑装置的剖视图；
图4是图3中A处局部放大图；
图5是图3中B处局部放大图；
图6是图3中C处局部放大图；
图7是图3中D处局部放大图；
图中：底板1、弧形支架2、气缸3、顶板4、滑槽41、滑块42、铰接板43、L形通道44、卡块45、撞针451、二号气囊452、Z形卡棒46、橡胶囊5、通孔51、薄壁玻璃管52、支柱6、铰接轮61、槽口62、一号气囊63。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图7所示，本发明所述的一种矿山巷道作业面防坍塌方法，其防坍塌方法包括以下步骤：
S1：在矿物层上部设置第一层顶梁，在第一层顶梁下部挖掘出施工空间，然后在空间内打桩，制备第一层立柱，第一层立柱向下深度超过第一层要开采的矿洞的深度，向上至第一层顶梁；
S2：开采第一层顶梁下部的矿物，形成第一层矿洞；在第一层矿洞底部靠近第一层立柱底部向下打桩，制备第二层立柱，第二层立柱向下深度超过第二层要开采的矿洞的深度，然后制备第二层顶梁；第二层顶梁将第一层立柱底部、第二层立柱顶部浇筑在一起，三者浇筑成一体结构；
S3：开采第二层顶梁下部的第二层矿物，形成第二层矿洞；在第二层矿洞底部靠近第二层立柱底部向下打桩，制备第三层立柱，第三层立柱向下深度超过第三层要开采的矿洞的深度，然后制备第三层顶梁，第三层顶梁将第二层立柱底部、第三层立柱顶部浇筑在一起，三者浇筑成一体结构；
S4：开采第三层顶梁下部的第三层矿物，形成第三层矿洞；依次制备相应层的支撑装置，直至将采完最底层的矿物，完成整个矿物层的开采；
其中，S4所述支撑装置包括底板1、弧形支架2、气缸3和顶板4，所述弧形支架2对称铰接在底板1上表面；所述气缸3两端分别与两弧形支架2杆部铰接；所述顶板4下端设有滑槽41；所述滑槽41内设有滑块42，且滑块42与弧形支架2端部通过铰接板43铰接；通过弧形支架2、气缸3和顶板4的配合使得顶板4顶起，起到支撑作用；工作时，气缸3提供压力，使得弧形支架2向两边展开，在展开过程中，当滑块42位置到达极限位置时，弧形支架2通过铰接板43继续向两边展开，直至顶板4被顶起，实现了支撑的效果。
作为本发明的一种实施方式，所述顶板4上设有橡胶囊5；所述橡胶囊5内填有吸水树脂，且在橡胶囊5上端开有通孔51；通过吸水树脂吸水后使得橡胶囊5体积增大，增大支撑稳定性；工作时，由于矿洞内部空气较为湿润，空气中的水分通过橡胶囊5上端的通孔51进入橡胶囊5内部，从而使得吸水树脂吸水膨胀，增大了橡胶囊5的体积，即增大了支撑装置的工作面，并且在吸水树脂的膨胀过程中，填补了橡胶囊5与矿洞工作面之间的缝隙，实现了支撑装置和矿洞工作面之间从点接触到面接触，增大了支撑装置的平稳性，减小了存在的安全隐患。
作为本发明的一种实施方式，所述橡胶囊5内设有薄壁玻璃管52；所述薄壁玻璃管52内设有固化剂；通过吸水树脂吸水后体积变大，撑胀橡胶囊5，从而拉碎薄壁玻璃管52，使得固化剂流出，固化吸水树脂；工作时，当吸水树脂通过橡胶囊5上的通孔51吸收水分后，体积开始膨胀，从而在橡胶囊5内部产生了向外膨胀的压力，使得薄壁玻璃管52破碎，内部的固化剂流出后使得吸水树脂凝固，凝固后的吸水树脂形状固定，硬度增大，即增大了装置的支撑力，并且防止吸水树脂到后期发生变形，从而影响到装置的支撑效果。
作为本发明的一种实施方式，所述底板1上对称固连有支柱6；所述支柱6与顶板4侧壁接触，支柱6杆部与弧形支架2杆部通过铰接轮61铰接，支柱6在与顶板4侧壁接触的一侧上端开有槽口62；所述顶板4中开有L形通道44；所述L形通道44两端分别开设在顶板4上端和顶板4侧壁，且L形通道44的下端口当顶板4被顶至最高位置时与支柱6上的槽口62相连；所述L形通道44内设有卡块45；所述橡胶囊5与L形通道44上端口接触处开有孔；通过吸水树脂吸水膨胀后通过L形通道44挤压卡块45，使得卡块45卡住支柱6上的槽口62；工作时，气缸3通气后将弧形支架2向两边挤压，当弧形支架2完全打开时，支柱6上的槽口62与L形通道44的下端口相连，通过橡胶囊5上的通孔51吸收水分膨胀后通过L形通道44的上端口进入L形通道44内，推动卡块45卡住支柱6上的槽口62，实现支撑的作用，这样我们就避免了在整个装置中，动力装置单一的问题，当气缸3突然损坏泄气时，也能提供安全保障，并且当气缸3提供气压时，可以增强对顶板4的支撑力，增大顶板4的稳定性，减小工作过程中的安全隐患。
作为本发明的一种实施方式，所述L形通道44内，卡块45与L形通道44上端的端口之间通过扭簧固定有Z形卡棒46；通过吸水树脂吸水膨胀后，挤压卡块45，卡块45卡住支柱6上的槽口62时，Z形卡棒46落下卡住卡块45；工作时，吸水树脂通过橡胶囊5上的通孔51吸收水分膨胀后推动卡块45向前移动，直至卡块45卡住支柱6上的槽口62，此时Z形卡棒46落下后卡住卡块45，对卡块45实现了位置限定，防止工作过程中出现意外后，卡块45脱离槽口62，从而造成安全隐患，减小装置稳定性。
作为本发明的一种实施方式，所述槽口62内设有一号气囊63；所述一号气囊63内装有固化剂；所述卡块45工作端设有撞针451，卡块45在撞针451尾部开有空腔装有二号气囊452；所述二号气囊452内装有二氧化碳；通过滑块42、撞针451、一号气囊63和二号气囊452的作用使得固化剂填充卡块45与槽口62的缝隙；工作时，当吸水树脂通过橡胶囊5上的通孔51吸收水分膨胀后推动卡块45向前移动时，卡块45前端的撞针451撞破一号气囊63和二号气囊452，二号气囊452内部的二氧化碳喷出后对卡块45与槽口62的接触位置进行清洗，一号气囊63内部的固化剂流出后填充了卡块45与槽口62之间的缝隙，防止在工作过程中，卡块45和槽口62之间产生晃动，影响装置的平稳性，固化剂的填充还增强了支柱6与顶板4之间的配合力，增强装置的支撑力。
工作时，气缸3提供压力，使得弧形支架2向两边展开，在展开过程中，当滑块42位置到达极限位置时，弧形支架2通过铰接板43继续向两边展开，直至顶板4被顶起，实现了支撑的效果；由于矿洞内部空气较为湿润，空气中的水分通过橡胶囊5上端的通孔51进入橡胶囊5内部，从而使得吸水树脂吸水膨胀，增大了橡胶囊5的体积，即增大了支撑装置的工作面，并且在吸水树脂的膨胀过程中，填补了橡胶囊5与矿洞工作面之间的缝隙，实现了支撑装置和矿洞工作面之间从点接触到面接触，增大了支撑装置的平稳性，减小了存在的安全隐患；当吸水树脂通过橡胶囊5上的通孔51吸收水分后，体积开始膨胀，从而在橡胶囊5内部产生了向外膨胀的压力，使得薄壁玻璃管52破碎，内部的固化剂流出后使得吸水树脂凝固，凝固后的吸水树脂形状固定，硬度增大，即增大了装置的支撑力，并且防止吸水树脂到后期发生变形，从而影响到装置的支撑效果；气缸3通气后将弧形支架2向两边挤压，当弧形支架2完全打开时，支柱6上的槽口62与L形通道44的下端口相连，通过橡胶囊5上的通孔51吸收水分膨胀后通过L形通道44的上端口进入L形通道44内，推动卡块45卡住支柱6上的槽口62，实现支撑的作用，这样我们就避免了在整个装置中，动力装置单一的问题，当气缸3突然损坏泄气时，也能提供安全保障，并且当气缸3提供气压时，可以增强对顶板4的支撑力，增大顶板4的稳定性，减小工作过程中的安全隐患；吸水树脂通过橡胶囊5上的通孔51吸收水分膨胀后推动卡块45向前移动，直至卡块45卡住支柱6上的槽口62，此时Z形卡棒46落下后卡住卡块45，对卡块45实现了位置限定，防止工作过程中出现意外后，卡块45脱离槽口62，从而造成安全隐患，减小装置稳定性；当吸水树脂通过橡胶囊5上的通孔51吸收水分膨胀后推动卡块45向前移动时，卡块45前端的撞针451撞破一号气囊63和二号气囊452，二号气囊452内部的二氧化碳喷出后对卡块45与槽口62的接触位置进行清洗，一号气囊63内部的固化剂流出后填充了卡块45与槽口62之间的缝隙，防止在工作过程中，卡块45和槽口62之间产生晃动，影响装置的平稳性，固化剂的填充还增强了支柱6与顶板4之间的配合力，增强装置的支撑力。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种矿山巷道作业面防坍塌方法，其特征在于：其防坍塌方法包括以下步骤：
S1：在矿物层上部设置第一层顶梁，在第一层顶梁下部挖掘出施工空间，然后在空间内打桩，制备第一层立柱，第一层立柱向下深度超过第一层要开采的矿洞的深度，向上至第一层顶梁；
S2：开采第一层顶梁下部的矿物，形成第一层矿洞；在第一层矿洞底部靠近第一层立柱底部向下打桩，制备第二层立柱，第二层立柱向下深度超过第二层要开采的矿洞的深度，然后制备第二层顶梁；第二层顶梁将第一层立柱底部、第二层立柱顶部浇筑在一起，三者浇筑成一体结构；
S3：开采第二层顶梁下部的第二层矿物，形成第二层矿洞；在第二层矿洞底部靠近第二层立柱底部向下打桩，制备第三层立柱，第三层立柱向下深度超过第三层要开采的矿洞的深度，然后制备第三层顶梁，第三层顶梁将第二层立柱底部、第三层立柱顶部浇筑在一起，三者浇筑成一体结构；
S4：开采第三层顶梁下部的第三层矿物，形成第三层矿洞；依次制备相应层的支撑装置，直至将采完最底层的矿物，完成整个矿物层的开采；
其中，S4所述支撑装置包括底板(1)、弧形支架(2)、气缸(3)和顶板(4)，所述弧形支架(2)对称铰接在底板(1)上表面；所述气缸(3)两端分别与两弧形支架(2)杆部铰接；所述顶板(4)下端设有滑槽(41)；所述滑槽(41)内设有滑块(42)，且滑块(42)与弧形支架(2)端部通过铰接板(43)铰接；通过弧形支架(2)、气缸(3)和顶板(4)的配合使得顶板(4)顶起，起到支撑作用。
2.根据权利要求1所述的一种矿山巷道作业面防坍塌方法，其特征在于：所述顶板(4)上设有橡胶囊(5)；所述橡胶囊(5)内填有吸水树脂，且在橡胶囊(5)上端开有通孔(51)；通过吸水树脂吸水后使得橡胶囊(5)体积增大，增大支撑稳定性。
3.根据权利要求2所述的一种矿山巷道作业面防坍塌方法，其特征在于：所述橡胶囊(5)内设有薄壁玻璃管(52)；所述薄壁玻璃管(52)内设有固化剂；通过吸水树脂吸水后体积变大，撑胀橡胶囊(5)，从而拉碎薄壁玻璃管(52)，使得固化剂流出，固化吸水树脂。
4.根据权利要求1所述的一种矿山巷道作业面防坍塌方法，其特征在于：所述底板(1)上对称固连有支柱(6)；所述支柱(6)与顶板(4)侧壁接触，支柱(6)杆部与弧形支架(2)杆部通过铰接轮(61)铰接，支柱(6)在与顶板(4)侧壁接触的一侧上端开有槽口(62)；所述顶板(4)中开有L形通道(44)；所述L形通道(44)两端分别开设在顶板(4)上端和顶板(4)侧壁，且L形通道(44)的下端口当顶板(4)被顶至最高位置时与支柱(6)上的槽口(62)相连；所述L形通道(44)内设有卡块(45)；所述橡胶囊(5)与L形通道(44)上端口接触处开有孔；通过吸水树脂吸水膨胀后通过L形通道(44)挤压卡块(45)，使得卡块(45)卡住支柱(6)上的槽口(62)。
5.根据权利要求4所述的一种矿山巷道作业面防坍塌方法，其特征在于：所述L形通道(44)内，卡块(45)与L形通道(44)上端的端口之间通过扭簧固定有Z形卡棒(46)；通过吸水树脂吸水膨胀后，挤压卡块(45)，卡块(45)卡住支柱(6)上的槽口(62)时，Z形卡棒(46)落下卡住卡块(45)。
6.根据权利要求4所述的一种矿山巷道作业面防坍塌方法，其特征在于：所述槽口(62)内设有一号气囊(63)；所述一号气囊(63)内装有固化剂；所述卡块(45)工作端设有撞针(451)，卡块(45)在撞针(451)尾部开有空腔装有二号气囊(452)；所述二号气囊(452)内装有二氧化碳；通过滑块(42)、撞针(451)、一号气囊(63)和二号气囊(452)的作用使得固化剂填充卡块(45)与槽口(62)的缝隙。
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