CN112832831A - 一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,涉及深井开挖装置领域,该深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,设置在深井本体底部。包括避难仓和保护组件,所述保护组件位于深井本体底部,避难仓位于保护组件一侧,避难仓埋于深井本体岩壁内。该深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,通过底柱、齿条、框架钢、铁板相互配合,在发生岩爆导致岩石弹射、掉落时,迅速拉拽捆绑在铁板上的绳索,令铁板翻下相互靠拢组成锥形顶棚,从而在工人上方形成屏障阻碍岩石砸到人。并在一旁设置避难仓,工人能够躲入避难仓内等待救援。避免深井内因开挖施工导致岩爆发生,使得岩壁崩塌对深井底部施工人员造成伤害。
Description
技术领域
本发明涉及深井开挖装置技术领域,具体为一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构。
背景技术
目前,随着科技不断发展地下空间的需求的日益增加。例如:煤炭、金属矿山等逐渐转向深部开采,深埋引水隧洞等也需要布置在深埋岩体中。因此深部地下空间利用和深部地下资源开采变得越来越重要。
施工过程中注重安全。工人进入深井内进行人工开挖。深部地下岩体广泛分布各种尺度的节理面,如层理、节理面、断层等。在高应力环境下,由于开挖作用、注水作用或油气开采等扰动了地下原有的应力平衡状态,容易造成节理面、断层活化,从而诱发滑移型岩爆。
岩爆是地下岩体工程围岩发生强烈脆性破坏的一种动力失稳现象,具有围岩突然猛烈的向开挖空间弹射、抛掷等特征,岩爆会造成围岩崩塌、隧道或巷道堵塞。进而将深井底部施工的工人掩埋。大多数深井岩壁崩塌导致人员伤亡,是因为工人在深井内被高处坠落岩石砸中导致的。因此需要一种在发生岩壁崩塌时对工人进行保护的相关设备。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,解决了上述背景技术中深井内因开挖施工导致发生岩爆,使得岩壁崩塌对底部施工人员造成伤害的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,设置在深井本体底部。包括避难仓和保护组件,所述保护组件位于深井本体底部,避难仓位于保护组件一侧,避难仓埋于深井本体岩壁内,所述保护组件包括底柱、多个齿条、多个框架钢和多个铁板。
所述底柱插在深井本体底部中央处,整根底柱竖直向上,多个齿条等距离布置在底柱四周,多个框架钢首尾搭接组成等边多边形框架,框架钢搭接处与齿条顶端一一对应,所述框架钢搭接处设有螺栓,螺栓穿过框架钢与齿条顶部螺纹连接。
所述框架钢与铁板一一对应,框架钢一侧与铁板铰接,铁板翻转相互靠拢组成锥形顶棚,铁板靠拢时尖端搭在抵住底柱上。
优选的,所述齿条竖直插在深井本体底部,齿条滑动配合有圆盘,所述圆盘下方设有支杆,支杆与齿条齿槽卡住,圆盘底部焊接有铰接块,所述铰接块端部铰接有铰接棒,铰接棒远离圆盘一端与支杆端部铰接,所述铰接块限制铰接棒向上转动。
优选的,所述避难仓由连接块、钢条、铁片、钢圈和门板组成,所述钢条等角度设在连接块四周,铁片位于相邻钢条之间,所述钢圈与钢条连接,门板与钢圈铰接。
优选的,所述框架钢开设有两个镶嵌槽,两个镶嵌槽中心对称布置,所述框架钢相互搭接组成等边六边形框架,所述框架钢端部嵌入岩土内。
优选的,所述铁板一侧固定捆绑有绳索,绳索用于拉拽铁板。
(三)有益效果
本发明提供了一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构。具备以下有益效果:
1、该深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,通过底柱、齿条、框架钢、铁板相互配合,在发生岩爆导致岩石弹射、掉落时,迅速拉拽捆绑在铁板上的绳索,令铁板翻下相互靠拢组成锥形顶棚,从而在工人上方形成屏障阻碍岩石砸到人。并在一旁设置避难仓,工人能够躲入避难仓内等待救援。避免深井内因开挖施工导致岩爆发生,使得岩壁崩塌对深井底部施工人员造成伤害。
附图说明
图1为本发明结构工作状态一图;
图2为本发明结构工作状态二图;
图3为本发明避难仓结构示意图;
图4为本发明圆盘结构示意图;
图5为本发明框架钢结构示意图;
图6为本发明结构立体图;
图7为本发明局部结构展示图;
图8为本发明贴附组件结构示意图;
图9为本发明连接板内部结构示意图;
图10为本发明图9中A处结构放大图;
图11为本发明圆柱内部结构示意图。
图中:1底柱、2齿条、3框架钢、31镶嵌槽、4圆盘、41铰接块、42支杆、43铰接棒、5铁板、51绳索、6避难仓、61连接块、62钢条、63铁片、64钢圈、65门板、7深井本体、8基座、81钢筋、9锚杆、91铆钉、92钢丝绳、10网布一、101网布二、11贴附组件、12连接板、121腔室、122长管、123铁球、124针孔、125光束发射器、126光束接收器、127导电片、128单片机、129电池组、13塑料棒、14钩爪、15存储仓、151活塞杆、152软管、16圆柱、161收纳槽、162插杆、163泄漏孔、164软支棒、17警报器。
具体实施方式
本发明实施例提供一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,如图1-11所示,设置在深井本体7底部,整个装置用于深井深度不超过8米。包括避难仓6和保护组件,保护组件位于深井本体7底部,避难仓6位于保护组件一侧。避难仓6埋于深井本体7岩壁内。
保护组件包括底柱1、多个齿条2、多个框架钢3和多个铁板5。底柱1插在深井本体7底部中央处,整根底柱1竖直向上。多个齿条2等距离布置在底柱1四周。框架钢3位于齿条2顶部。多个框架钢3首尾搭接组成等边多边形框架,框架钢3搭接处与齿条2顶端一一对应,框架钢3搭接处设有螺栓,螺栓穿过框架钢3搭接处并伸入齿条2顶部内,螺栓与框架钢3、齿条2螺纹连接。
框架钢3与铁板5一一对应,框架钢3一侧与铁板5铰接,铁板5翻转相互靠拢组成锥形顶棚,铁板5靠拢时尖端搭在抵住底柱1上。
初始状态,铁板5向上翻起靠在岩壁旁。一旦发生岩爆导致岩石弹射掉落,工人快速将铁板5翻下,铁板5一端靠在底柱1上。铁板5相互靠拢组成锥形顶棚,在工人头顶组成屏障。同时工人在铁板5翻下的同时躲入避难仓6内。为此可在避难仓6内放置有部分食物和水。
齿条2竖直插在深井本体7底部,齿条2滑动配合有圆盘4,圆盘4下方设有支杆42,支杆42与齿条2齿槽卡住。圆盘4底部焊接有铰接块41,铰接块41端部铰接有铰接棒43,铰接棒43远离圆盘4一端与支杆42端部铰接。再结合附图4所示,铰接块41限制铰接棒43向上转动。故工作时,圆盘4受力向下的压力,支杆42卡在齿条2齿槽内,而铰接棒43受铰接块41限制,故圆盘4不会下滑。以此使得圆盘4起到辅助支撑框架钢3的作用。
避难仓6由连接块61、钢条62、铁片63、钢圈64和门板65组成,钢条62等角度焊接在连接块61四周,铁片63焊接在相邻钢条62之间,钢圈64与钢条62焊接,门板65与钢圈64铰接。避难仓6一侧连接有气管,气管沿深井壁向上延伸至井口外。通过气管使得避难仓6内部空气与外界相通,当工人躲入避难仓6内时不会因为空气耗尽而窒息。
由于气管只是一根普通的软管,故不作详细描述并不在附图画出。
框架钢3开设有两个镶嵌槽31,两个镶嵌槽31中心对称布置,框架钢3相互搭接组成等边六边形框架,框架钢3端部嵌入岩土内。从而提高框架钢3与岩壁之间的牢固性。进一步提高整个装置的牢固程度。
铁板5一侧固定捆绑有绳索51,工人可以通过拉拽绳索51将铁板5翻下。
根据上述,铁板5翻下时形成锥形顶棚,再借助底柱1、齿条2、圆盘4支撑形成挡棚。对掉落的岩石进行阻挡,且由于挡棚顶部凸起,故掉落的岩石会滚到边缘处。避免打开铁板5时中央处存在石块而砸到人。此状况适用于深井崩塌情况轻,碎石掉落不多。若深井崩塌严重,工人躲入避难仓6内等待救援。
与现有技术相比,该深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,通过底柱1、齿条2、框架钢3、铁板5相互配合,在发生岩爆导致岩石弹射、掉落时,迅速拉拽捆绑在铁板5上的绳索51,令铁板5翻下相互靠拢组成锥形顶棚,从而在工人上方形成屏障阻碍岩石砸到人。并在一旁设置避难仓6,工人能够躲入避难仓6内等待救援。避免深井内因开挖施工导致岩爆发生,使得岩壁崩塌对深井底部施工人员造成伤害。
本装置还包括基座8、网布一10、网布二101和多个贴附组件11,基座8绕轴线等角度布置在深井本体7顶部边缘处。多个贴附组件11位于基座8下方,多个贴附组件11沿深井本体7深度方向等距离布置,贴附组件11紧紧抓住深井本体7内部岩壁。网布一10位于基座8和贴附组件11之间,相邻贴附组件11之间通过网布二101相连。
贴附组件11由多个连接板12组成。网布一10上端与基座8固定捆绑,网布一10下端与连接板12固定捆绑。网布二101端部分别与上、下连接板12固定捆绑。
连接板12绕轴线环形布置,连接板12之间焊接有塑料棒13。连接板12顶部铰接有多个钩爪14,钩爪14嵌入岩壁缝隙内,连接板12固定安装有圆柱16,圆柱16穿过连接板12插入岩壁缝隙内。通过连接板12、塑料棒13组成圆环,令连接板12与岩壁相抵触。
基座8顶部设有锚杆9,锚杆9竖直贯穿基座8插入岩土内,锚杆9远离基座8一侧设有铆钉91,铆钉91插入岩土内。铆钉91与锚杆9之间固定捆绑有钢丝绳92。钢丝绳92呈紧绷状态。通过铆钉91、钢丝绳92拉拽锚杆9,防止基座8从深井边缘掉落。
先将基座8沿井口边缘等距离布置。开挖过程中沿深井等距离布置贴附组件11。在布置基座8的同时,将锚杆9贯穿基座8插入岩土内,将铆钉91插入岩土内。用钢丝绳92固定捆绑在锚杆9、铆钉91之间。接着将连接板12紧靠岩壁,把连接板12上钩爪14嵌入岩壁缝隙。在连接板12之间焊接塑料棒13。同时,将圆柱16插入岩壁缝隙。
当深井岩壁因开挖导致节理面、断层活化,从而诱发滑移型岩爆。岩石崩塌或者石块飞溅出来时,受到网布一10、网布二101阻挡。阻止石块向开挖空间弹射。而连接板12、塑料棒13组成的圆环支撑岩壁,可进一步阻挡岩石崩塌下滑。
即便岩石崩塌区域在连接板12处,若崩塌导致该处连接板12的钩爪脱离岩壁,但只要其他周围的连接板12未脱离岩壁。在网布、其他连接板12拉拽下拖住岩石,防止连接板12跟随岩石一同掉落。
连接板12内部开设有腔室121,腔室121内固定安装有长管122,长管122远离岩壁一端倾斜向上,倾斜角度为15°。长管122内设有铁球123,长管122内部中央处存在弧形凹陷,长管122中央处开设有针孔124。长管122下方设有光束发射器125,长管122上方设有光束接收器126。光束发射器125、光束接收器126与腔室121内壁焊接。
光束发射器125射出光束通过针孔124射向光束接收器126,长管122远离岩壁一端固定安装有两个导电片127。两个导电片127互不接触,铁球123均能与两个导电片127接触,导电片127电性连接有单片机128。
单片机128下方固定安装有电池组129。电池组129固定在腔室121底部。连接板12内固定安装有警报器17。光束发射器125、光束接收器126、单片机128、电池组129、警报器17电性连接。警报器17有警鸣器、指示灯组成。由于警报器17是常规技术手段,因此不作详细描述。
工作时,初始状态如附图3、4所示。因岩石松动使得岩石突出导致连接板12向内侧倾斜,长管122远离岩壁一端向下倾斜时,铁球123滚至长管122凹陷处。铁球123将针孔124堵住,光束接收器126不能收到光束发射器125射出的光线,并将信号传递给单片机128令警报器17指示灯亮起。
上述状态由于连接板12倾斜程度不高,故崩塌不严重只有零碎石块会掉落。
当铁球123滚动至最远处与两个导电片127接触,令电回路闭合使得单片机128控制警报器17警鸣器发出警报。此状态连接板12倾斜程度严重,表示崩塌严重。位于井口处的工人听到警鸣器响起继而喊人救援。
同时,位于深井底部的工人根据警报器发出的警告,判断岩壁坍塌的严重性。从而翻下铁板5躲入避难仓6内。
圆柱16一端开设有收纳槽161,圆柱16一侧设有中空的插杆162,插杆162一端贯穿圆柱16插入岩壁空隙内。插杆162插入岩石内一端开设有泄漏孔163,插杆162杆身与圆柱16螺纹连接,插杆162杆身固定安装有多个软支棒164,插杆162连接有注胶器。
软支棒164原本处于收纳槽161内。当连接板12与岩壁接触,将圆柱16抵住岩石并转动插杆162。插杆162拧入岩壁缝隙内,软支棒164从收纳槽161内伸出。由于插杆162插入岩壁会导致岩壁缝隙增大,故软支棒164进入岩壁缝隙后利用注胶器将胶水挤入缝隙内。令胶水以及软支棒164填满缝隙,从而增加连接板12与岩壁之间的牢固性。
注胶器由存储仓15、活塞杆151、软管152组成,存储仓15与连接板12连接,存储仓15内充满胶水,存储仓15内部与活塞杆151滑动配合,活塞杆151顶端延伸至存储仓15外,存储仓15下端与插杆162连通,下压活塞杆151令胶水通过软管152进入插杆162内,并从插杆162的泄漏孔163处喷出。
与现有技术相比,借助基座8、锚杆9、铆钉91配合,提高基座8与地面的牢固性,在借助网布一10、网布二101将多个贴附组件11串联起来。贴附组件11支撑深井岩壁,再通过长管122、铁球123、光束发射器125、光束接收器126以及导电片127配合,反应不同情况的岩石崩塌状况。通过连接板12、网布配合,阻碍坍塌岩石掉落,防止岩爆时岩石向开挖空间弹射对工人造成伤害。
基座8还包括有钢筋81,钢筋81依次穿过多个基座8,钢筋81首尾相连形成闭合的圆,钢筋81镶嵌与多个基座8内。提高基座8之间的连接性。
综上所述,该深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,通过底柱1、齿条2、框架钢3、铁板5相互配合,在发生岩爆导致岩石弹射、掉落时,迅速拉拽捆绑在铁板5上的绳索51,令铁板5翻下相互靠拢组成锥形顶棚,从而在工人上方形成屏障阻碍岩石砸到人。并在一旁设置避难仓6,工人能够躲入避难仓6内等待救援。避免深井内因开挖施工导致岩爆发生,使得岩壁崩塌对深井底部施工人员造成伤害。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,设置在深井本体(7)底部,其特征在于:包括避难仓(6)和保护组件,所述保护组件位于深井本体(7)底部,避难仓(6)位于保护组件一侧,避难仓(6)埋于深井本体(7)岩壁内,所述保护组件包括底柱(1)、多个齿条(2)、多个框架钢(3)和多个铁板(5);
所述底柱(1)插在深井本体(7)底部中央处,整根底柱(1)竖直向上,多个齿条(2)等距离布置在底柱(1)四周,多个框架钢(3)首尾搭接组成等边多边形框架,框架钢(3)搭接处与齿条(2)顶端一一对应,所述框架钢(3)搭接处设有螺栓,螺栓穿过框架钢(3)与齿条(2)顶部螺纹连接;
所述框架钢(3)与铁板(5)一一对应,框架钢(3)一侧与铁板(5)铰接,铁板(5)翻转相互靠拢组成锥形顶棚,铁板(5)靠拢时尖端搭在抵住底柱(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,其特征在于:所述齿条(2)竖直插在深井本体(7)底部,齿条(2)滑动配合有圆盘(4),所述圆盘(4)下方设有支杆(42),支杆(42)与齿条(2)齿槽卡住,圆盘(4)底部焊接有铰接块(41),所述铰接块(41)端部铰接有铰接棒(43),铰接棒(43)远离圆盘(4)一端与支杆(42)端部铰接,所述铰接块(41)限制铰接棒(43)向上转动。
3.根据权利要求1所述的一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,其特征在于:所述避难仓(6)由连接块(61)、钢条(62)、铁片(63)、钢圈(64)和门板(65)组成,所述钢条(62)等角度设在连接块(61)四周,铁片(63)位于相邻钢条(62)之间,所述钢圈(64)与钢条(62)连接,门板(65)与钢圈(64)铰接。
4.根据权利要求1所述的一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,其特征在于:所述框架钢(3)开设有两个镶嵌槽(31),两个镶嵌槽(31)中心对称布置,所述框架钢(3)相互搭接组成等边六边形框架,所述框架钢(3)端部嵌入岩土内。
5.根据权利要求1所述的一种深井开挖安全工程管理防坍塌用保护机构,其特征在于:所述铁板(5)一侧固定捆绑有绳索(51),绳索(51)用于拉拽铁板(5)。
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- 2021-01-05 CN CN202110007830.7A patent/CN112832831B/zh active Active
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