一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置及保护方法

本发明涉及采矿安全，具体涉及一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置及保护方法。

背景技术：

1、煤层倾角较大时，急倾斜煤层开采沿倾斜方向呈非对称特征，造成工作面开采后，工作面上部冒落的矸石自溜到工作面下部，工作面下部形成充填开采效应。工作面上部相当于采高增加，造成工作面上部冒落带、裂隙带高度高于下覆岩层的高度。煤体被采出后采空区煤柱成为上覆岩层的主要承载体，当小范围开采（采空区数量较少）时采动裂隙不易与地表贯穿，承载煤岩体此时应力集中较小，压缩变形为小范围连续变形；随着开采工作面数量的增加，承载煤岩体不仅受到上区段采空区下部滑移矸石的作用力、上覆岩层的作用力和自身重力，还受到多工作面采动应力叠加影响，严重影响采掘和地表安全。因此，现有技术亟待进步提高，以保证煤柱的安全性不受影响。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的一个目的在于提出一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置，以解决煤柱因缺少保护措施，上方采空区掉落的矸石直接冲击煤柱并在煤柱上方累积，以及其他作用力的叠加造成煤柱的承载力过大，严重破坏煤柱的安全性，对于下层煤体采掘存在较大安全隐患的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置，包括铰接机构、锚固组件及缓冲护板，所述铰接机构包括套筒和主轴，所述主轴设置在套筒内侧，与其同轴布置。

4、锚固组件包括锚杆及铆钉，每个铆钉均配置有一段钢丝绳，锚杆、铆钉及钢丝绳可用于将铰接机构固定于上盘围岩的下侧。

5、所述缓冲护板有多个，由下往上依次设置在套筒的同一侧，各缓冲护板与套筒的相邻侧均通过一组摆臂与套筒转动相连。

6、任意相邻两个缓冲护板之间均设有弹性连接件，弹性连接件的两端分别与上下两侧的缓冲护板相连，所有缓冲护板呈散射状分布。

7、进一步地，所述套筒和主轴均为圆形截面，主轴的两端均伸至套筒的外部。

8、所述套筒的两端内侧分别安装有轴承，所述主轴通过轴承与套筒转动配合。

9、进一步地，锚杆有多个，沿套筒的长度方向间隔设置在其外侧，各锚杆的一端可固定于上盘围岩底部，另一端与套筒固定相连。

10、进一步地，铆钉有两个，可固定于上盘围岩底部，两个铆钉均通过钢丝绳与主轴的端部固定相连。

11、进一步地，缓冲护板为钢制方形平板，各缓冲护板的长度均大于煤柱的长度，使用状态下，最下方缓冲护板远离铰接机构的一侧搭设在下盘围岩上。

12、进一步地，每组摆臂均包括沿主轴的轴向间隔布置的至少两个摆臂，摆臂的一端开设有卡槽，缓冲护板的侧边进入同组摆臂的卡槽与其固定相连。

13、所述摆臂的另一端具有与主轴相适配的轴孔，摆臂的另一端穿过套筒套设在主轴上，与主轴转动配合。

14、所有摆臂均沿主轴的轴向排布，套筒的圆周外壁上开设有与摆臂位置对应的槽口。

15、进一步地，所述弹性连接件是v形结构的钢板，所述弹性连接件的开口方向与其上下两侧缓冲护板的开口方向相反，其两端分别与相邻的两个缓冲护板固定焊接。

16、本发明的另一个目的在于提出一种多级释能急倾斜煤柱安全保护方法。

17、一种多级释能急倾斜煤柱安全保护方法，采用以上所述的一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置，依次包括如下步骤：

18、s1、在上盘围岩底部靠近其下侧煤柱的位置使用钻机钻出多个锚孔，各锚孔沿煤柱额宽度方向呈线性排布，对各锚孔清理后在其内部放置锚杆，在锚孔内注浆后锚杆固定在上盘围岩内。

19、各锚杆固定后，各锚杆位于上盘围岩外侧的端部长度一致。

20、s2、组装铰接机构，首先将各摆臂带有轴孔的一端通过槽口穿入套筒内侧，主轴由套筒的一端插入其内部，依次调节各摆臂的位置，使主轴的端部穿过所有摆臂的轴孔，由套筒的另一端穿出其外部。

21、调节主轴的位置，使其均穿出套筒的外部且长度相等，在主轴的两端分别放置轴承，并将轴承固定在套筒端部。

22、s3、将组装完成的铰接机构放置在上盘围岩与煤柱的连接处，套筒位于煤柱上方且沿其宽度方向布置，将各锚杆的端部与套筒的外壁固定焊接在一起。

23、在主轴两端上方的上盘围岩的底部打入铆钉，将钢丝绳的一端与铆钉焊接，另一端在主轴上缠绕并与其焊接固定。

24、s4、在煤柱的上方放置最下层缓冲护板，最下层缓冲护板位于套筒的右侧，最下层缓冲护板的左侧边插入其对应摆臂的卡槽内，与摆臂固定焊接，最下层缓冲护板的右侧边搭设在下盘围岩的上表面。

25、s5、在最下层缓冲护板的上表面放置v形结构的弹性连接件，弹性连接件的开口侧朝向套筒，弹性连接件的一端与最下层缓冲护板固定焊接。

26、在弹性连接件的上方放置上一层缓冲护板，将上一层缓冲护板的左侧边插入其对应摆臂的卡槽内，与摆臂固定焊接，之后，弹性连接件的另一端与上一层缓冲护板固定焊接。

27、s6、重复s4和s5的操作，以主轴的轴线为中线按照逆时针的方向依次将剩余的缓冲护板安装在铰接机构上，直至所有缓冲护板充满采空区。

28、进一步地，在缓冲护板的宽度小于煤柱宽度的情况下，缓冲护板沿主轴的轴向交替错位布置。

29、通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：本发明多级释能急倾斜煤柱安全保护装置采用多个缓冲护板分层布置，上方不同位置掉落的矸石分别冲击不同的缓冲护板，避免冲击力集中，各级缓冲护板之间采用弹性连接，受到矸石冲击时能够吸收能量，降低冲击强度，对掉落的矸石支撑，避免直接冲击煤柱和降低煤柱的承载力，保障采掘的安全性。

技术特征：

1.一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置，其特征在于，包括铰接机构、锚固组件及缓冲护板，所述铰接机构包括套筒和主轴，所述主轴设置在套筒内侧，与其同轴布置；

2.根据权利要求1所述一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置，其特征在于，所述套筒和主轴均为圆形截面，主轴的两端均伸至套筒的外部；

3.根据权利要求1所述一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置，其特征在于，锚杆有多个，沿套筒的长度方向间隔设置在其外侧，各锚杆的一端可固定于上盘围岩底部，另一端与套筒固定相连。

4.根据权利要求2所述一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置，其特征在于，铆钉有两个，可固定于上盘围岩底部，两个铆钉均通过钢丝绳与主轴的端部固定相连。

5.根据权利要求1所述一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置，其特征在于，缓冲护板为钢制方形平板，各缓冲护板的长度均大于煤柱的长度，使用状态下，最下方缓冲护板远离铰接机构的一侧搭设在下盘围岩上。

6.根据权利要求1所述一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置，其特征在于，每组摆臂均包括沿主轴的轴向间隔布置的至少两个摆臂，摆臂的一端开设有卡槽，缓冲护板的侧边进入同组摆臂的卡槽与其固定相连；

7.根据权利要求1所述一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置，其特征在于，所述弹性连接件是v形结构的钢板，所述弹性连接件的开口方向与其上下两侧缓冲护板的开口方向相反，其两端分别与相邻的两个缓冲护板固定焊接。

8.一种多级释能急倾斜煤柱安全保护方法，其特征在于，采用如权利要求1至7任意一项所述的一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置，保护方法包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种多级释能急倾斜煤柱安全保护方法，其特征在于，在缓冲护板的宽度小于煤柱宽度的情况下，缓冲护板沿主轴的轴向交替错位布置。

技术总结
本发明公开了一种多级释能急倾斜煤柱安全保护装置及保护方法，涉及采矿安全技术领域，安全保护装置包括铰接机构、锚固组件及缓冲护板，铰接机构包括套筒和主轴，主轴设在套筒内侧。锚固组件包括锚杆及铆钉，每个铆钉均配置有一段钢丝绳，锚杆、铆钉及钢丝绳用于固定铰接机构。缓冲护板有多个，由下往上依次设置在套筒外侧，各缓冲护板均通过一组摆臂与套筒转动相连。任意相邻两个缓冲护板之间均设有弹性连接件，所有缓冲护板呈散射状分布。保护方法采用多个缓冲护板分层布置，矸石分别冲击不同的缓冲护板，避免冲击力集中，各级缓冲护板之间采用弹性连接，降低冲击强度，避免直接冲击煤柱和降低煤柱的承载力，保障采掘的安全性。

技术研发人员：杜兆文,李帅乾,盛守前,苏效祥,岳如友,马志顺
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15