CN114837708A - 一种矿井开采用多资源互补收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种矿井开采用多资源互补收集装置，其中，地层结构包括地表层和开采层，开采层位于地表层底部，开采层内设有采空层；支撑机构设置于采空层内，支撑机构包括分别设置在采空层地面两侧的底座，两个底座顶部设有可伸缩的支撑架，支撑架顶面设有第一支撑组件，第一支撑组件两侧对称设有第二支撑组件；能源回用机构包括矿井水回用组件和气体回用组件，矿井水回用组件一端连通有导流槽，导流槽开设在采空层底面，矿井水回用组件另一端连通有蓄水箱，气体回用组件一端与采空层连通，气体回用组件另一端与气体收集箱连通，本发明能够使煤层采空区域的结构更加稳定，对煤层采空区域的瓦斯和矿井水进行收集。

Description

一种矿井开采用多资源互补收集装置

技术领域

本发明涉及矿井能源利用技术领域，特别是涉及一种矿井开采用多资源互补收集装置。

背景技术

煤矿，作为我国的主要化石能源，其资源开采是必不可少的，可是在煤矿开采过程中，煤层开采很容易导致上覆岩层运动和破坏，会对开采域的集输管道产生变形和破坏，并且在煤层开采过程中会形成大量的矿井瓦斯气体和矿井水，瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸，但是瓦斯又具有一定的利用价值，而矿井水过多容易使地下矿井施工环境受到影响，导致施工进度困难，而现有技术中通常不能将矿井中的瓦斯和矿井水进行采集利用，导致瓦斯和矿井水废弃，无法实现煤层采空区的二次开发利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿井开采用多资源互补收集装置，以解决上述现有技术存在的问题，使煤层采空区域的结构更加稳定，对煤层采空区域的瓦斯和矿井水进行收集。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种矿井开采用多资源互补收集装置，包括：

地层结构，所述地层结构包括地表层和开采层，所述开采层位于所述地表层底部，所述开采层内设有采空层；

支撑机构，所述支撑机构设置于所述采空层内，所述支撑机构包括分别设置在所述采空层地面两侧的底座，两个所述底座顶部设有可伸缩的支撑架，所述支撑架顶面设有第一支撑组件，所述第一支撑组件顶面与所述地表层底面抵接，所述第一支撑组件两侧对称设有第二支撑组件，所述第二支撑组件顶面与所述地表层底面抵接；

能源回用机构，所述能源回用机构包括矿井水回用组件和气体回用组件，所述矿井水回用组件一端连通有导流槽，所述导流槽开设在所述采空层底面，所述矿井水回用组件另一端连通有蓄水箱，所述气体回用组件一端与所述采空层连通，所述气体回用组件另一端与气体收集箱连通，所述蓄水箱和所述气体收集箱均设于所述地表层顶面。

优选的，所述底座顶面固接有液压伸缩缸，所述支撑架两端分别与两个所述液压伸缩缸的伸缩端固接。

优选的，所述第一支撑组件包括固接在所述支撑架顶面的第一支撑柱，所述第一支撑柱顶面固接有第一抵接板，所述第一抵接板顶面固接有第一柔性垫，所述第一柔性垫与所述地表层底面抵接。

优选的，所述第二支撑组件包括倾斜固接在所述第一支撑柱侧壁上的第二支撑柱，所述第二支撑柱顶部滑动连接有滑动板，所述滑动板底面开设有第一凹槽，所述第二支撑柱顶部伸入所述第一凹槽与所述第一凹槽内壁滑动连接，所述第一凹槽底面与所述第二支撑柱顶面之间固接有第一弹簧，所述滑动板顶面固接有第一轴承座，所述第一轴承座上活动连接有连接杆，所述连接杆顶面固接有第二抵接板，所述第二抵接板顶面固接有第二柔性垫，所述第二柔性垫与所述地表层底面抵接。

优选的，所述第二抵接板底面两端对称固接有伸缩杆，所述伸缩杆另一端活动连接有第二轴承座，所述第二轴承座底面固接有第一滑动块，所述第一滑动块滑动连接有第一滑动槽，所述第一滑动槽开设在所述滑动板的侧壁上。

优选的，所述矿井水回用组件包括第一水管，所述第一水管固接在所述支撑架底壁上，且所述第一水管两端与所述支撑架两端面位于同一平面，所述第一水管两端分别固接并连通有波纹管，所述波纹管另一端固接并连通有第二水管，所述第二水管贯穿所述底座与所述导流槽连通，所述第一水管侧壁竖向连通有第三水管，所述第三水管另一端依次贯穿所述支撑架侧壁、所述第一支撑柱、所述第一抵接板和所述第一柔性垫，并伸出所述第一柔性垫，所述第三水管伸出所述第一柔性垫的端部与第四水管插接，所述第四水管穿设在所述地表层内，所述第四水管远离所述第三水管的一端伸出所述地表层顶面与所述蓄水箱连通，所述第四水管上固定安装有水泵。

优选的，所述导流槽为两个，两个所述导流槽分别位于两个所述底座底部。

优选的，所述气体回用组件包括穿设在所述支撑架侧壁内的第一气管，所述第一气管两端伸出所述支撑架侧壁并固定安装有连接头，所述第一气管侧壁竖向连通有第二气管，所述第二气管另一端依次贯穿所述支撑架侧壁、所述第一支撑柱、所述第一抵接板和所述第一柔性垫，并伸出所述第一柔性垫，所述第二气管伸出所述第一柔性垫的端部插接有第三气管，所述第三气管穿设在所述地表层内，所述第三气管远离所述第二气管的一端伸出所述地表层顶面与所述气体收集箱连通，所述第三气管上固定安装有气泵。

优选的，所述第四水管和所述第三气管靠近所述采空层的端部内壁均固接有密封垫。

优选的，所述底座底面固接有若干个固定钉，所述固定钉插入所述采空层地面内。

本发明公开了以下技术效果：通过在采空层内设置若干个支撑机构，并由底座上可活动的支撑架带动第一支撑组件和第二支撑组件与地表层的底面抵接能够对开采层顶部的地表层进行支撑，有效的保护地表层的稳定，提高采空层整体结构的稳定性，并且通过能源回用机构的矿井水回用组件能够将开设在采空层底面上的导流槽中的矿井水收集到蓄水箱当中，通过气体回用组件将采空层中的瓦斯气体收集到气体收集箱内，实现对采空层中的矿井水和瓦斯的采集，进而实现对采空层的二次开发利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种矿井开采用多资源互补收集装置的整体安装示意图；

图2为本发明一种矿井开采用多资源互补收集装置的侧视图；

图3为图2中A的局部放大图；

图4为图2中B的局部放大图；

图5为本发明第二轴承座的俯视图；

图6为本发明伸缩杆的结构示意图；

图7为本发明连接管的结构示意图；

图8为本发明两个第一气管连接的安装示意图；

其中，1、地表层；2、开采层；3、采空层；4、底座；5、支撑架；6、导流槽；7、蓄水箱；8、气体收集箱；9、液压伸缩缸；10、第一支撑柱；11、第一抵接板；12、第一柔性垫；13、第二支撑柱；14、滑动板；15、第一凹槽；16、第一弹簧；17、第一轴承座；18、连接杆；19、第二抵接板；20、第二柔性垫； 21、伸缩杆；22、第二轴承座；23、第一滑动块；24、第一滑动槽；25、第一水管；26、波纹管；27、第二水管；28、第三水管；29、第四水管；30、水泵；31、第一气管；32、连接头；33、第二气管；34、第三气管；35、气泵；36、密封垫； 37、固定钉；38、连接管；39、外杆；40、内杆；41、第二凹槽；42、第二滑动槽；43、第二滑动块；44、进气孔；45、底框；46、转动杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-8，本发明提供一种矿井开采用多资源互补收集装置，包括：

地层结构，地层结构包括地表层1和开采层2，开采层2位于所述地表层1 底部，开采层2内设有采空层3；

支撑机构，支撑机构可间隔顺序排列的若干个，支撑机构设置于采空层3 内，支撑机构包括分别设置在采空层3地面两侧的底座4，两个底座4顶部设有可伸缩的支撑架5，支撑架5顶面设有第一支撑组件，第一支撑组件顶面与地表层1底面抵接，第一支撑组件两侧对称设有第二支撑组件，第二支撑组件顶面与地表层1底面抵接；

能源回用机构，能源回用机构包括矿井水回用组件和气体回用组件，矿井水回用组件一端连通有导流槽6，导流槽6开设在采空层3底面，矿井水回用组件另一端连通有蓄水箱7，气体回用组件一端与采空层3连通，气体回用组件另一端与气体收集箱8连通，蓄水箱7和气体收集箱8均设于地表层1顶面。

通过在采空层3内设置若干个支撑机构，并由底座上可活动的支撑架带动第一支撑组件和第二支撑组件与地表层1的底面抵接能够对开采层2顶部的地表层 1进行支撑，有效的保护地表层1的稳定，提高采空层3整体结构的稳定性，并且通过能源回用机构的矿井水回用组件能够将开设在采空层3底面上的导流槽6 中的矿井水收集到蓄水箱7当中，通过气体回用组件将采空层3中的瓦斯气体收集到气体收集箱8内，实现对采空层3中的矿井水和瓦斯的采集，进而实现对采空层3的二次开发利用。

进一步优化方案，底座4顶面固接有液压伸缩缸9，支撑架5两端分别与两个液压伸缩缸9的伸缩端固接。

通过液压伸缩缸9带动支撑架5进行伸缩，从而使支撑架5上的第一支撑组件和第二支撑组件与地表层1底面抵接，对地表层1底面进行支撑。

进一步优化方案，第一支撑组件包括固接在支撑架5顶面的第一支撑柱10，第一支撑柱10顶面固接有第一抵接板11，第一抵接板11顶面固接有第一柔性垫12，第一柔性垫12与地表层1底面抵接。

第一抵接板11和第一抵接板11和均为弧形结构，能够更换的适配地表层1 底面的弧形，并且通过第一柔性垫12能够更好的贴合地表层1的底面。

进一步优化方案，第二支撑组件包括倾斜固接在第一支撑柱10侧壁上的第二支撑柱13，第二支撑柱13顶部滑动连接有滑动板14，滑动板14底面开设有第一凹槽15，第二支撑柱13顶部伸入第一凹槽15与第一凹槽15内壁滑动连接，第一凹槽15底面与第二支撑柱13顶面之间固接有第一弹簧16，滑动板14顶面固接有第一轴承座17，第一轴承座17上活动连接有连接杆18，连接杆18顶面固接有第二抵接板19，第二抵接板19顶面固接有第二柔性垫20，第二柔性垫 20与地表层1底面抵接。

通过将第二支撑柱13倾斜设置，并且在将第二抵接板19活动设置在滑动板 14上，能够使第二抵接板19和第二柔性垫20更好的贴合地表层1底面的弧形，同时通过将第二支撑柱13与滑动板14设置为滑动连接，通过第一弹簧16的弹力，能够更加稳定的将第二抵接板19和第二柔性垫20与地表层1底面贴合，提高支撑稳定性。

进一步优化方案，第二抵接板19底面两端对称固接有伸缩杆21，伸缩杆21 另一端活动连接有第二轴承座22，第二轴承座22底面固接有第一滑动块23，第一滑动块23滑动连接有第一滑动槽24，第一滑动槽24开设在滑动板14的侧壁上，第一滑动块23为燕尾块结构，第一滑动槽24为燕尾槽结构，第一滑动块 23和第一滑动槽24相适配。

通过两个伸缩杆21能够对第二抵接板19进行支撑，同时通过伸缩杆21与第二轴承座22活动连接，第二轴承座22上固接的第一滑动块23与开设在滑动板14上的第一滑动槽24滑动连接，能够不影响第二抵接板19的转动，第二轴承座22和第一轴承座17结构相同。

进一步优化方案，矿井水回用组件包括第一水管25，第一水管25固接在支撑架5底壁上，且第一水管25两端与支撑架5两端面位于同一平面，第一水管 25两端分别固接并连通有波纹管26，波纹管26位于支撑架5和底座4之间，波纹管26另一端固接并连通有第二水管27，第二水管27贯穿底座4与导流槽6 连通，第一水管25侧壁竖向连通有第三水管28，第三水管28另一端依次贯穿支撑架5侧壁、第一支撑柱10、第一抵接板11和第一柔性垫12，并伸出第一柔性垫12，第三水管28伸出第一柔性垫12的端部与第四水管29插接，第四水管 29穿设在地表层1内，第四水管29远离第三水管28的一端伸出地表层1顶面与蓄水箱7连通，第四水管29上固定安装有水泵30。

通过设置波纹管26能够在支撑架5伸缩的同时不影响矿井水的收集，并且通过支撑架5的上升，第一柔性垫12和第二柔性垫20与地表层1底面抵接的同时第三水管28插入第四水管29内，从而通过水泵30实现将导流槽6中的矿井水依次由第二水管27、波纹管26、第一水管25、第三水管28和第四水管29引入收集到蓄水箱7当中，实现对采空层3内矿井水的收集。

进一步优化方案，导流槽6为两个，两个导流槽6分别位于两个底座4底部。

通过将两个第二水管27分别插入两个导流槽6内，能够提高矿井水的收集效率。

进一步优化方案，气体回用组件包括穿设在支撑架5侧壁内的第一气管31，第一气管31两端伸出支撑架5侧壁并固定安装有连接头32，连接头32为现有技术中气管之间常用的连接方式，连接头32始终为敞开状态，第一气管31侧壁竖向连通有第二气管33，第二气管33另一端依次贯穿支撑架5侧壁、第一支撑柱10、第一抵接板11和第一柔性垫12，并伸出第一柔性垫12，第二气管33伸出第一柔性垫12的端部插接有第三气管34，第三气管34穿设在地表层1内，第三气管34远离第二气管33的一端伸出地表层1顶面与气体收集箱8连通，第三气管34上固定安装有气泵35。

通过支撑架5上移，能够使第二气管33插入第三气管34内，即可实现通过气泵35将采空层3内的瓦斯气体依次由第一气管31、第二气管33和第三气管 34收集到气体收集箱8当中，通过将第一气管31两端伸出支撑架5侧壁能够实现对采空层3内瓦斯气体的吸取，并且通过连接头32能够与另一支撑机构的支撑架5内串设的第一气管31进行串联，串联方式为在两个相对的连接头32之间安装连接管38，实现多个支撑机构和能源回用机构的连接，实现只需一个第三气管34与气体收集箱8相连通，进而减少施工成本。

进一步优化方案，第四水管29和第三气管34靠近采空层3的端部内壁均固接有密封垫36。

通过设置密封垫36提高第二气管33和第三水管28与第三气管34和第四水管29相插接后连接处的密封性。

进一步优化方案，底座4底面固接有若干个固定钉37，固定钉37插入采空层3地面内。

通过固定钉37能够将底座4固定在采空层3的地面上，提高支撑机构的稳定性。

进一步优化方案，伸缩杆21包括外杆39和内杆40，外杆39顶面与第二抵接板19固接，外杆39的底面开设有第二凹槽41，内杆40顶部滑动连接在第二凹槽41内，实现伸缩杆21能够进行伸缩，在内杆40的侧壁上开设有第二滑动槽42内滑动连接有第二滑动块43，第二滑动块43固接在第二凹槽41的开口处，通过第二滑动块43和第二滑动槽42能够对内杆40进行限位，避免内杆40脱出外杆39。

进一步优化方案，连接管38侧壁开设有若干个进气孔44，能够加大进气面积。

进一步优化方案，第二轴承座22包括底框45，底框两侧壁对应开设有通孔，两个通孔内转动连接有转动杆46，转动杆46的侧壁与内杆40的底端固接。

使用方法：首先在开采层2内进行煤矿开采，从而形成采空层3，在采空层3底面两侧开设导流槽6，通过根据在采空层3的面积设置若干个支撑机构，且支撑机构与能源回用机构为一体结构，使第二水管27插入导流槽6内，在相邻的两个支撑机构的第一气管31之间安装连接上连接管38，使多个能源回用机构相连接，并且在任意一个能源回用机构的第二气管33和第三水管28顶部对应位置设置第三气管34和第四水管29，将第三气管34和第四水管29的另一端伸出地表层1顶面分别与地表层1顶面的气体收集箱8蓄水箱7相连通，然后通过启动液压伸缩缸9带动支撑架5上移，使第一柔性垫12和第二柔性垫20与地表层 1底面抵接，对地表层1进行支撑，同时第二气管33和第三水管28分别插入第三气管34和第四水管29，然后分别启动气泵35和水泵30对采空层3内的瓦斯气体和矿井水进行收集即可，本发明既提高了采空层3整体结构的稳定性，由实现对采空层3的二次开发。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种矿井开采用多资源互补收集装置，其特征在于，包括：

地层结构，所述地层结构包括地表层(1)和开采层(2)，所述开采层(2)位于所述地表层(1)底部，所述开采层(2)内设有采空层(3)；

支撑机构，所述支撑机构设置于所述采空层(3)内，所述支撑机构包括分别设置在所述采空层(3)地面两侧的底座(4)，两个所述底座(4)顶部设有可伸缩的支撑架(5)，所述支撑架(5)顶面设有第一支撑组件，所述第一支撑组件顶面与所述地表层(1)底面抵接，所述第一支撑组件两侧对称设有第二支撑组件，所述第二支撑组件顶面与所述地表层(1)底面抵接；

能源回用机构，所述能源回用机构包括矿井水回用组件和气体回用组件，所述矿井水回用组件一端连通有导流槽(6)，所述导流槽(6)开设在所述采空层(3)底面，所述矿井水回用组件另一端连通有蓄水箱(7)，所述气体回用组件一端与所述采空层(3)连通，所述气体回用组件另一端与气体收集箱(8)连通，所述蓄水箱(7)和所述气体收集箱(8)均设于所述地表层(1)顶面。

2.根据权利要求1所述的一种矿井开采用多资源互补收集装置，其特征在于：所述底座(4)顶面固接有液压伸缩缸(9)，所述支撑架(5)两端分别与两个所述液压伸缩缸(9)的伸缩端固接。

3.根据权利要求1所述的一种矿井开采用多资源互补收集装置，其特征在于：所述第一支撑组件包括固接在所述支撑架(5)顶面的第一支撑柱(10)，所述第一支撑柱(10)顶面固接有第一抵接板(11)，所述第一抵接板(11)顶面固接有第一柔性垫(12)，所述第一柔性垫(12)与所述地表层(1)底面抵接。

4.根据权利要求3所述的一种矿井开采用多资源互补收集装置，其特征在于：所述第二支撑组件包括倾斜固接在所述第一支撑柱(10)侧壁上的第二支撑柱(13)，所述第二支撑柱(13)顶部滑动连接有滑动板(14)，所述滑动板(14)底面开设有第一凹槽(15)，所述第二支撑柱(13)顶部伸入所述第一凹槽(15)与所述第一凹槽(15)内壁滑动连接，所述第一凹槽(15)底面与所述第二支撑柱(13)顶面之间固接有第一弹簧(16)，所述滑动板(14)顶面固接有第一轴承座(17)，所述第一轴承座(17)上活动连接有连接杆(18)，所述连接杆(18)顶面固接有第二抵接板(19)，所述第二抵接板(19)顶面固接有第二柔性垫(20)，所述第二柔性垫(20)与所述地表层(1)底面抵接。

5.根据权利要求4所述的一种矿井开采用多资源互补收集装置，其特征在于：所述第二抵接板(19)底面两端对称固接有伸缩杆(21)，所述伸缩杆(21)另一端活动连接有第二轴承座(22)，所述第二轴承座(22)底面固接有第一滑动块(23)，所述第一滑动块(23)滑动连接有第一滑动槽(24)，所述第一滑动槽(24)开设在所述滑动板(14)的侧壁上。

6.根据权利要求5所述的一种矿井开采用多资源互补收集装置，其特征在于：所述矿井水回用组件包括第一水管(25)，所述第一水管(25)固接在所述支撑架(5)底壁上，且所述第一水管(25)两端与所述支撑架(5)两端面位于同一平面，所述第一水管(25)两端分别固接并连通有波纹管(26)，所述波纹管(26)另一端固接并连通有第二水管(27)，所述第二水管(27)贯穿所述底座(4)与所述导流槽(6)连通，所述第一水管(25)侧壁竖向连通有第三水管(28)，所述第三水管(28)另一端依次贯穿所述支撑架(5)侧壁、所述第一支撑柱(10)、所述第一抵接板(11)和所述第一柔性垫(12)，并伸出所述第一柔性垫(12)，所述第三水管(28)伸出所述第一柔性垫(12)的端部与第四水管(29)插接，所述第四水管(29)穿设在所述地表层(1)内，所述第四水管(29)远离所述第三水管(28)的一端伸出所述地表层(1)顶面与所述蓄水箱(7)连通，所述第四水管(29)上固定安装有水泵(30)。

7.根据权利要求6所述的一种矿井开采用多资源互补收集装置，其特征在于：所述导流槽(6)为两个，两个所述导流槽(6)分别位于两个所述底座(4)底部。

8.根据权利要求7所述的一种矿井开采用多资源互补收集装置，其特征在于：所述气体回用组件包括穿设在所述支撑架(5)侧壁内的第一气管(31)，所述第一气管(31)两端伸出所述支撑架(5)侧壁并固定安装有连接头(32)，所述第一气管(31)侧壁竖向连通有第二气管(33)，所述第二气管(33)另一端依次贯穿所述支撑架(5)侧壁、所述第一支撑柱(10)、所述第一抵接板(11)和所述第一柔性垫(12)，并伸出所述第一柔性垫(12)，所述第二气管(33)伸出所述第一柔性垫(12)的端部插接有第三气管(34)，所述第三气管(34)穿设在所述地表层(1)内，所述第三气管(34)远离所述第二气管(33)的一端伸出所述地表层(1)顶面与所述气体收集箱(8)连通，所述第三气管(34)上固定安装有气泵(35)。

9.根据权利要求8所述的一种矿井开采用多资源互补收集装置，其特征在于：所述第四水管(29)和所述第三气管(34)靠近所述采空层(3)的端部内壁均固接有密封垫(36)。

10.根据权利要求1所述的一种矿井开采用多资源互补收集装置，其特征在于：所述底座(4)底面固接有若干个固定钉(37)，所述固定钉(37)插入所述采空层(3)地面内。

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