一种可自动调节开合状态的采空区封堵装置及其安装方法与流程

1.本发明属于采空区治理领域,具体为一种可自动调节开合状态的采空区封堵装置及其安装方法。


背景技术：

2.处理地下采矿的采空区，封闭是最简单实用的方法。传统的采空区封闭方法主要是在采空区的连接巷道内构筑钢筋混凝土挡墙，利用实体挡墙来隔离采空区，以阻挡空气冲击波对井下生产作业区域的冲击。
3.但从矿山现实情况来看，实体挡墙存在接顶难、排水不便和人员无法进入空区检查等问题，一直以来没有找到合适的解决方案。
4.构筑实体挡墙的主要目的在于隔离采空区与其它区域的联系，防止采空区垮塌引发的空气冲击波的侵袭，而一旦密闭采空区，则采空区内的积水无法及时排出，形成老窿水，采空区岩体在长时间浸泡作用下又极易失稳，这对矿山安全生产又是巨大的威胁；同时人员无法进入空区内检查，无法了解采空区的移动变形，不能掌握采空区的稳定性。因此，采用实体挡墙封闭采空区虽然可防范产生冲击危害，但也衍生出采空区积水，人员进出困难等问题，对井下安全生产造成严峻的挑战。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种既能在正常情形下保证采空区内的积水及时排出，且人员能够进入空区检查，又能在采空区发生坍塌事故时自动封闭采空区连通巷道，还能在坍塌事故发生后重新实现疏排水功能且能够进入检查的自动封堵装置及其安装方法。
6.本发明提供的这种可自动调节开合状态的采空区封堵装置，包括刚性门板、齿轮驱动组件、弹性缓冲组件；弹性缓冲组件沿巷道的长度方向布置，前端设置压缩弹簧、后端设置拉伸弹簧；刚性门板的平面尺寸大于巷道的断面尺寸，可开合的设置于弹性缓冲组件的前方；齿轮驱动组件的输入构件与刚性门板的底部连接，输出构件与弹性缓冲组件啮合。
7.上述装置的一种实施方式中，所述弹性缓冲组件包括直齿条和其前端垂直连接的矩形钢板，矩形钢板的前侧均布所述压缩弹簧，所述拉伸弹簧连接于直齿条的后端。
8.上述装置的一种实施方式中，所述直齿条通过支撑柱支撑，支撑柱的顶部设置用于安装直齿条的u形槽，直齿条可相对u形槽滑动。
9.上述装置的一种实施方式中，所述拉伸弹簧的后端固定于墩柱上。
10.上述装置的一种实施方式中，所述输入构件为弧形齿条，所述输出构件为柱形齿轮。
11.上述装置的一种实施方式中，所述弧形齿条的圆心角为90
°
。
12.上述装置的一种实施方式中，所述柱形齿轮竖直安装，两侧分别与直齿条和弧形齿条啮合，弧形齿条的头部与所述刚性门板的下端连接。
13.本发明提供的这种上述采空区自动封堵装置的安装方法，包括以下步骤：
14.(1)在与采空区连接的巷道中间合适区域开掘尺寸大于巷道断面尺寸的硐室，在硐室中安装刚性门板，使刚性门板可绕一侧的转轴转动；
15.(2)在巷道中的指定位置设置支撑柱和墩柱；
16.(3)将直齿条安装于支撑柱上的u形槽中，将拉伸弹簧的后端与墩柱前侧固定；
17.(4)在直齿条的前端安装矩形钢板；
18.(5)将刚性门板定位在向采空区打开的40-45
°
；
19.(6)根据弧形齿条的位置在硐室和巷道底面画出连续的圆弧线；
20.(7)沿圆弧线开掘弧形槽作为弧形齿条的安装槽和行程槽；
21.(8)在对应弧形齿条的尾部内侧开掘用于安装柱形齿轮的安装槽；
22.(9)安装柱形齿轮，使其两侧分别与弧形齿条和直齿条啮合。
23.本装置安装后的自动封堵工作原理如下：当采空区发生冒落/垮塌时产生的空气冲击波作用于刚性门板内侧使其向外转动，刚性门板转动时，其底面连接的弧形齿条推动柱形齿轮转动，柱形齿轮使直齿条向着刚性门板方向移动，直齿条向着刚性门板移动时，其后端的拉伸弹簧被拉长。当刚性门板向外转动设定角度将巷道封闭时，矩形钢板前侧的压缩弹簧被刚性门板挤压对其起缓冲作用，减小刚性门板对岩壁的冲击压力，此时拉伸弹簧处于被最大拉伸状态，弧形齿条失去对柱形齿轮的驱动。当空气冲击波的压力逐渐消散后，压缩弹簧的蓄能和拉伸弹簧的回复力将弹性缓冲组件往后拉，使直齿条驱动柱形齿轮反向转动，柱形齿轮驱动弧形齿条反向转动，当拉伸弹簧回复到位时，弧形齿条将刚性门板推回至初始位置。正常状态时，刚性门板打开设定角度，对采空区发挥导水疏水和检查通道的作用。采空区发生冒落/垮塌时产生的空气冲击波作用消失后，刚性门板自动打开至设定角度，继续发挥导水疏水和检查通道的作用。
附图说明
24.图1为本发明一个实施例的轴测结构示意图。
25.图2为本实施例中弹性缓冲组件的主视示意图(图中示出了柱形齿轮)。
26.图3为本实施例中弹性缓冲组件和齿轮驱动组件的装配示意图。
具体实施方式
27.如图1所示，本实施例公开的这种可自动调节开合状态的采空区封堵装置，主要包括刚性门板1、齿轮驱动组件2、弹性缓冲组件3。
28.结合图1、图2可以看出，弹性缓冲3沿巷道的长度方向布置，包括直齿条31、矩形钢板32、压缩弹簧33和拉伸弹簧34。
29.拉伸弹簧34对中连接于直齿条31的后端，矩形钢板32垂直连接于直齿条31的前端，矩形板32的前侧设置有多排压缩弹簧33。矩形钢板的底面距支撑柱的底面有一段距离。
30.结合图1和图3所示，直齿条31通过支撑柱4支撑，支撑柱4的顶部设置用于安装直齿条的u形槽，直齿条31可相对u形槽滑动。
31.拉伸弹簧34的后端固定于墩柱5上。
32.齿轮驱动组件2包括弧形齿条21和柱形齿轮22，弧形齿条21的圆心角为90
°
，柱形齿轮22的一侧与弧形齿条21的尾部啮合，另一侧与直齿条31啮合。
33.如图1所示，刚性门板弧形齿条21的头部与刚性门板1的开合侧底面固定，刚性门板的另一侧设置转轴。刚性门板的平面尺寸大于巷道断面尺寸，初始状态时，刚性门板1的打开角度为45
°
。
34.上述装置安装时包括以下步骤：
35.(1)在与采空区连接的巷道中间合适区域开掘尺寸大于巷道断面尺寸的硐室，在硐室中安装刚性门板，使刚性门板可绕一侧的转轴转动；
36.(2)在巷道中的指定位置设置支撑柱和墩柱；
37.(3)将直齿条安装于支撑柱上的u形槽中，将拉伸弹簧的后端与墩柱前侧固定；
38.(4)在直齿条的前端安装矩形钢板；
39.(5)将刚性门板定位在向采空区打开的45
°
；
40.(6)根据弧形齿条的位置在硐室和巷道底面画出连续的圆弧线，圆弧线的圆心角为135
°
；
41.(7)沿圆弧线开掘弧形槽作为弧形齿条的安装槽和行程槽；
42.(8)在对应弧形齿条的尾部内侧开掘用于安装柱形齿轮的安装槽；
43.(9)安装柱形齿轮，使其两侧分别与弧形齿条和直齿条啮合。
44.本装置安装后的自动封堵工作原理如下：
45.当采空区发生冒落/垮塌时产生的空气冲击波作用于刚性门板内侧使其向外转动，刚性门板转动时，其底面连接的弧形齿条推动柱形齿轮转动，柱形齿轮使直齿条向着刚性门板方向移动，直齿条向着刚性门板移动时，其后端的拉伸弹簧被拉长。
46.当刚性门板向外转动45
°
将巷道封闭时，矩形钢板前侧的压缩弹簧被刚性门板挤压对其起缓冲作用，减小刚性门板对岩壁的冲击压力，此时拉伸弹簧处于被最大拉伸状态，弧形齿条失去对柱形齿轮的驱动。
47.当空气冲击波的压力逐渐消散后，压缩弹簧的蓄能和拉伸弹簧的回复力将弹性缓冲组件往后拉，使直齿条驱动柱形齿轮反向转动，柱形齿轮驱动弧形齿条反向转动，当拉伸弹簧回复到位时，弧形齿条将刚性门板推回至初始位置。
48.正常状态时，刚性门板打开45
°
，对采空区发挥导水疏水和检查通道的作用。采空区发生冒落/垮塌时产生的空气冲击波作用消失后，刚性门板自动打开至45
°
，继续发挥导水疏水和检查通道的作用。