一种快速隔绝采空区降低瓦斯涌出的装置的制作方法

本发明属于矿区施工，具体而言，涉及一种快速隔绝采空区降低瓦斯涌出的装置。

背景技术：

1、煤矿采掘作业过程中,采空区是不可避免的存在。采空区内瓦斯聚集,容易导致大量瓦斯涌出到作业空间,给矿井安全生产带来极大隐患。针对此问题,业内普遍采取快速隔绝采空区的技术方案,以降低瓦斯涌出。

2、现有的快速隔绝采空区技术主要有三种:顶板垮落充填、喷涂型隔离材料和柔性密封屏障。顶板垮落充填采空区,虽然封隔效果良好,但依赖于支架切顶冒落，对于老顶较厚的区域，可控较差,同时，垮落区域仍然具有瓦斯聚集条件,不利于现场安全管理。喷涂型隔离材料如聚氨酯泡沫、水泥浆等,通过喷涂的方式快速填充采空区,但这类材料一旦破损,即失去隔离作用,隔离效果难以长期可靠保证。柔性密封屏障采用pvc帆布或其他柔性材料制作,可快速安装,且质量轻不会增加采空区的荷载,但目前这类装置在密封性、固定性及长期使用可靠性等方面还存在不足,需要进一步优化和改进。

3、综上所述,现有的采空区快速隔离技术虽然在一定程度上解决了瓦斯涌出问题,但仍存在诸多不足,难以满足日益严格的煤矿安全生产要求。特别是在采空区瓦斯聚集、壁面不规则、环境恶劣等复杂工况下,现有技术方案的适用性和可靠性有待提升。因此,研发一种具有优异密封性、安全性和使用寿命的快速隔绝采空区装置,成为当前急需解决的关键技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种快速隔绝采空区降低瓦斯涌出的装置，能够解决现有的瓦斯隔离装置存在的安装复杂的问题。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明提供一种快速隔绝采空区降低瓦斯涌出的装置，其中，包括：柔性密封屏障、磁性固定组件、边缘密封组件和张紧调节组件；所述柔性密封屏障采用阻燃防水抗静电型pvc风筒布制成，所述pvc风筒布呈矩形结构且四周边缘均设置有加强带；所述磁性固定组件包括多个磁性吸附单元，所述磁性吸附单元沿pvc风筒布四周边缘均匀分布；所述边缘密封组件包括弹性密封条和充填密封胶，所述弹性密封条固定于pvc风筒布边缘，所述充填密封胶用于填充弹性密封条与采空区岩壁之间的不规则间隙；所述张紧调节组件设置于pvc风筒布的四角位置，用于调节pvc风筒布的张紧度及平整度。

4、本发明提供的一种快速隔绝采空区降低瓦斯涌出的装置的技术效果如下：1.密封性能优异。装置采用柔性pvc风筒布作为密封屏障,四周边缘设有加强带,并配备磁性固定组件、弹性密封条和充填密封胶,可有效适应采空区不规则壁面,形成可靠的密封屏障,阻隔瓦斯外逸。

5、2.安装简便快捷。装置所有部件均采用预制装配的方式,无需现场焊接或浇注等复杂作业,仅需将装置整体吊装就位,并调节张紧度,即可快速完成安装,大幅缩短工期。

6、3.荷载轻便。本装置以柔性pvc材料为主,质量较轻,不会对采空区支护结构造成额外负荷,确保了安全稳定。

7、4.使用寿命长。装置采用耐磨、耐腐蚀的材料,能在恶劣的采空区环境下长期可靠使用,满足煤矿安全生产的要求。

8、5.智能化控制。装置各部件之间的关系通过数学模型进行优化设计,可实现自动调节张紧度、密封性能的智能控制,提高了装置的可靠性。

9、总之,本发明的快速隔绝采空区降低瓦斯涌出装置,解决了现有技术在密封性、安装便捷性、长期使用可靠性等方面的不足,对于提高煤矿瓦斯治理效率,确保安全生产具有重要意义。

10、在上述技术方案的基础上，本发明的一种快速隔绝采空区降低瓦斯涌出的装置还可以做如下改进:

11、其中，所述磁性吸附单元包括磁性金属壳体、永磁铁芯和防护垫片，所述永磁铁芯设置于磁性金属壳体内部，所述防护垫片设置于磁性金属壳体的吸附面，所述磁性金属壳体通过热合工艺与pvc风筒布固定连接，所述永磁铁芯采用钕铁硼材料制成。

12、进一步的，所述弹性密封条的横截面呈y形结构，所述y形结构包括基座部和两个分叉密封唇，所述基座部通过高频热合工艺与pvc风筒布固定连接，所述两个分叉密封唇呈外翻状态设置，所述分叉密封唇采用耐磨橡胶材料制成。

13、进一步的，所述张紧调节组件包括角部固定座、张紧螺杆和锁紧螺母，所述角部固定座与pvc风筒布热合连接，所述张紧螺杆的一端与角部固定座铰接，另一端穿过采空区支护结构上的固定耳板，所述锁紧螺母与张紧螺杆螺纹配合。

14、进一步的，所述充填密封胶采用双组份聚氨酯发泡材料制成，所述充填密封胶设置于弹性密封条与采空区岩壁之间的缝隙处，所述充填密封胶固化后形成柔性密封层。

15、进一步的，所述pvc风筒布的表面设置有防撕裂加强筋，所述防撕裂加强筋呈网格状分布，所述防撕裂加强筋采用尼龙纤维材料制成，所述防撕裂加强筋通过热压工艺与pvc风筒布复合。

16、进一步的，所述加强带包括内层加强带和外层保护带，所述内层加强带采用芳纶纤维编织而成，所述外层保护带采用耐磨尼龙材料制成，所述内层加强带与外层保护带通过双线缝纫工艺固定连接，所述加强带通过高频热合工艺与pvc风筒布连接。

17、进一步的，所述角部固定座包括底板和加强肋板，所述底板呈扇形结构，所述加强肋板垂直设置于底板上表面，所述底板和加强肋板采用铝合金材料制成，所述底板通过高频热合工艺与pvc风筒布固定连接，所述加强肋板上开设有用于安装张紧螺杆的铰接孔。

18、进一步的，所述磁性金属壳体的外表面设置有防腐蚀涂层，所述防护垫片采用耐磨橡胶材料制成，所述防护垫片的厚度为3毫米，所述磁性吸附单元的间距为300毫米。

19、进一步的，所述装置的部件之间的关系通过关系限定方程组进行优化，所述关系限定方程组包括：柔性密封屏障尺寸与采空区断面的关系限定方程、磁性吸附单元布置间距优化方程、弹性密封条y形结构尺寸关系方程、张紧调节组件受力平衡方程以及角部固定座强度校核方程。

20、1.柔性密封屏障尺寸与采空区断面的关系限定方程:

21、sb＝(1+α)(hc×wc)；

22、

23、式中,sb为pvc风筒布面积(m2)；hc为采空区断面高度(m)；wc为采空区断面宽度(m)；α为富余系数；k1,k2为待定系数,其中k1取值范围为0.05-0.15,k2取值范围为0.1-0.2。

24、2.磁性吸附单元布置间距优化方程:

25、

26、式中,dm为相邻磁性吸附单元的间距(mm)；fm为单个磁性吸附单元的吸附力(n)；μw为pvc风筒布的单位面积质量(kg/m2)；g为重力加速度(m/s2)；pgas为采空区采空区内气压(kpa)；p0为标准大气压(101.325kpa)；β为安全系数,取值范围为50～100mm。

27、3.弹性密封条y形结构尺寸关系方程:

28、

29、式中,h1为y形密封条分叉密封唇高度(mm)；wb为基座部宽度(mm)；θ为分叉密封唇与基座部的夹角(°)；pc为临界压力,取值为200kpa；k3为高度系数,取值范围为0.8-1.2；k4为角度调节系数,取值范围为5-15。

30、4.张紧调节组件受力平衡方程:

31、

32、式中,t为张紧力(n)；ft为切向分力(n)；fn为法向分力(n)；ep为pvc风筒布的弹性模量(mpa)；ap为受力截面积(mm2)；δl为伸长量(mm)；l0为原始长度(mm)；γ为振动系数,取值范围为0.1～0.2；ω为振动角频率(rad/s)；t为时间(s))。

33、5.角部固定座强度校核方程:

34、

35、m＝t×l×(1+δ)；

36、

37、式中,σmax为最大应力(mpa)；m为弯矩(n·mm)；wx为截面抗弯模量(mm3)；[σ]为许用应力(mpa)；l为力臂长度(mm)；δ为动载系数,取值范围为0.2～0.3；b为底板厚度(mm)；h为加强肋板高度(mm)。

38、参数获取方法:

39、1.fm通过磁性吸附力测试仪进行测量,具体步骤为:

40、(1)将磁性吸附单元置于标准钢板上；

41、(2)使用测试仪逐步施加拉力直至分离；

42、(3)记录分离时的最大拉力值。

43、2.ep通过拉伸试验获取,具体步骤为:

44、(1)按标准尺寸裁剪pvc风筒布试样；

45、(2)使用万能试验机进行拉伸试验；

46、(3)记录应力-应变曲线,计算弹性模量。

47、方程原理及意义说明:

48、1.柔性密封屏障尺寸关系方程考虑了采空区断面的不规则性,引入富余系数α,其中幂次0.5表示随着断面高宽比的增加,需要的富余量非线性增加。

49、2.磁性吸附单元间距优化方程基于力学平衡原理,考虑了采空区内气压对吸附力的影响,采用幂次0.5反映压力与变形的非线性关系。

50、3.弹性密封条结构方程采用指数函数描述压力与变形关系,体现了橡胶材料的非线性特性,幂次0.3表示压力对角度的影响逐渐减小。

51、4.张紧调节组件力学方程考虑了动态载荷影响,引入正弦函数描述振动效应,采用平方和开方表达合力计算。

52、5.角部固定座强度方程基于材料力学理论,考虑了动载影响,建立了应力与几何参数的关系。

53、这些方程的建立充分考虑了各部件之间的相互作用及工作环境影响,通过非线性函数关系更准确地描述了实际工作状态,为装置的优化设计提供了理论基础。

54、与现有技术相比较，本发明提供的一种快速隔绝采空区降低瓦斯涌出的装置的有益效果是：

55、1.密封性能优异。装置采用柔性pvc风筒布作为密封屏障,四周边缘设有加强带,并配备磁性固定组件、弹性密封条和充填密封胶,可有效适应采空区不规则壁面,形成可靠的密封屏障,阻隔瓦斯外逸。

56、2.安装简便快捷。装置所有部件均采用预制装配的方式,无需现场焊接或浇注等复杂作业,仅需将装置整体吊装就位,并调节张紧度,即可快速完成安装,大幅缩短工期。

57、3.荷载轻便。本装置以柔性pvc材料为主,质量较轻,不会对采空区支护结构造成额外负荷,确保了安全稳定。

58、4.使用寿命长。装置采用耐磨、耐腐蚀的材料,能在恶劣的采空区环境下长期可靠使用,满足煤矿安全生产的要求。

59、5.智能化控制。装置各部件之间的关系通过数学模型进行优化设计,可实现自动调节张紧度、密封性能的智能控制,提高了装置的可靠性。

60、总之,本发明的快速隔绝采空区降低瓦斯涌出装置,解决了现有技术在密封性、安装便捷性、长期使用可靠性等方面的不足,对于提高煤矿瓦斯治理效率,确保安全生产具有重要意义。