专利名称：用于矿井工程中工作面和平巷中的活动支承枕的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个在崩塔区或采矿产生的空洞区中用于置入空洞并在此后以可膨胀的空心体来支承洞岩的装置，该空心体周围是密闭的并装备一个可制动的填充阀。
在地下煤矿开采以及采矿工程范围内，要进行工作面结构建造，因此，在工作面和平巷中，而且特别在工作面/平巷一过渡区中总要发生岩石崩落。同样也适用于其他的挖掘方法，只要顶部不是由散砂石或类似石物组成。但是，这些崩落采用木料和再一次借助其它措施如用灰泥填充的支承软管或用柔性织物制成的支承枕来填牢是非常费工的。通过这些措施，在崩落区已丧失的和固定洞岩的连接结构就可重新制成，因此，其下方的支架就可使其支承力汇入相应支承件支承洞岩的力作用线中。此外，所谓的气动执行元件或气动致动器是公知的，其中，用相应强化橡胶制成的腔室可以充入压力空气，以便按此类型和方式，例如举起一辆小汽车，或者也可以使两个分区域间再产生力的连接(见DE-E-KEM 1992，NoV 页65和66)。与此类似，在整个的平巷横截面上就可以建立起充满介质的枕及封闭结构(US-PS4102 138)。在这些装置中，甚至集合有不同的导管，为的是可以将这种装置用作平巷封闭结构。它同时还涉及，一个旧的，原则上放弃的采矿产生的空洞应如此封闭，即其后仍在运营的平巷和工作面还可以继续利用并不影响已放弃的空洞，特别是旧的空洞中充有气体的时候更要这样。这样一种装置只可应用于这种已说明的目的，和只针对于此，但是，对于已述的通用目的，就不必需有柔性的和与相应空洞形状适应的装置。此外的缺点是，在公知的装置中，一般应用压力空气或灰泥等类似固定物，这样，对使用的填充阀就只能提出很苛刻的要求。还有的缺点是，特别在压力空气充填的装置中，当该装置损坏时就会产生完全报废。
由此，本发明的任务是，制造这样一个装置，它适于作为支承元件，并提早发挥高的支承力，还能用最简单的和廉价的介质充填并可安全操作。
为实现这一任务，本发明是如此解决的该空心体具有一个由薄壁板制成的支承壁或壁，而且该填充阀还设有长期阻止液体介质如水的密封结构。
在这样一种结构的装置中，提供一个标为支承枕的解决方案，它能与已有的空洞和顶板及底板的结构形状很好地和精确地配合。该枕的支承壁既可以构成空心体本身，或者也可以容纳柔性的空心体，同时，这个空心体例如可以用水，树脂，聚氨酯，或其他介质在压力下注入。通过这种压力填充，空心体就相应地膨胀并以其支承壁直接挤到被填堵的区域或者被相应地挤压，以使空心体的支承壁或相反对置的壁用于在其和下方的支架(或类似物)间能实现一个相应的支承结构。用这个装置(其首先和有权可以被称为“活动支承枕”)就可以将工作面和平巷中的崩落空洞迅速和简单地并特别安全地填堵和改造。该填充阀的结构应能将不同的介质充入如特别是水，同时，水具有很大的优点，因为，在地下采矿中，实际上任何地方都会有水，价廉且易于输送。同时，正如已经说过的，实际上在地下采矿中的每个地方都有水网的分支存在。
与此无关的是，该空心体本身是由什么材料制成的，但是，例如用水注入，在压力只有6bar(巴)时可达到300KN的承载力。依此就能实现，不仅崩落部分和空洞能很快地封堵住，而且能如此有效地封堵，即，下边竖立的或下方安置的支架从现在起就能又这样的支承起来，或者说，可以产生这样的作用力，即为了下方人工开采空间的安全所绝对需要的支承能力。不仅可单个使用，而且可以与其他的支架例如木立柱一起使用，这样就可以形成一个高灵活性的支承掩护支架。
按照本发明的一个可实现发明目的的结构方案中，该空心体具有一个总体由薄壁板构成的并形成一个软管的壁，该壁是可变形的，甚至可以是塑性变形范围内的结构，而且在封闭的壁处是焊接结构，以及含有一个橡胶或塑料囊(44)。可以理解，这个空心体装有一个填充连接件或一个填充阀，为的是使其例如可以很好和迅速地注入水，按照这样一种“枕”或这样一种支承枕的尺寸可以产生600KN至1200KN或更高的承载力。该活动支承枕，由于其极为平坦和相对抗弯的结构方式，所以可以应用在工作面/平巷过渡区中和工作面本身中几乎所有崩落部分中。它还可以从自然稳定的状态被推入支架轮廓和洞岩之间。当其精确定位以后，才用水注入和由此支承张紧。同时，该支承枕的板壁膨胀和依此在洞岩和相应的支架间，形成一个大表面的和能有效保护洞岩的支承。对洞岩不平度的补偿作用和螺栓拉紧效果是本活动支承枕的明显优点。当空心体含有一个确保密封功能的橡胶或塑料囊时，其优点是，对使用场所无论什么原因可能造成的和由内部引起的腐蚀有预防作用。同时，特别的优点是，对焊缝不必有很大的担心，因为密封性通过内部的囊已确保了。
在本发明的装置中，通常应用排空气或挤压一起的空心体，为的是，只有很少空气留在空心体中时，将水压入。为了此时能可靠地进行和特别在较大变形的装置中，优选方式是，相对填充阀还附加设置用于通气和/或限压和/或另外的功能目的的阀门，该阀门具有相对所用填充介质水或其他容积不变的介质或塑料能密封的结构。这样的优点是，实际上任何情况下都可以应用空心体作业了。同时空心体的壁部及支承壁通过相应的操作也不会发生过载。这些阀门就能实现应用水等介质作为填充介质。
应用支承枕一般的尺寸，就可以实现搭接大约100mm至200mm的高度。为了更大的搭接结构，可以使支承枕既以相同的方向，或者交叉方式重叠安装设置。在这样一种情况下，总是最上边的那层构件首选填充。一个另外的应用情况规定，借助这种支承枕，一般的木立柱就可以用简单的类型和方式支承于洞岩，其中，例如，这最下边的和最上边的层(件)或还可以只有一层是由支承枕组成的，它们在相应的木立柱完工以后通过注入水而积极到位。这种“活动支承枕”的一个特别有利的性能是，通过将水泵入而无外部的作用，所以整个的支承枕几乎是圆形的和由此明显提高了支承枕的抗弯力矩。这一特性例如可以将支承枕用作一种在整治崩塌时的前护板或者为了防止岩石和煤块崩落而在最后的开采面和工作面前壁间的平巷车道中作为前护板。
按照不同的要求，该空心体由相同形式或不同的结构分件组成，并且按照形状、板厚和材料或者通过不同的变形工艺和精制工艺成形及制造。通过深拉方法，热处理，表面精制或类似方法就能够给出与相应的应用场所理想配合的支承枕。然而，单个的分构件，例如通过焊接，铆接或螺栓连拉或类似方法就能组合衔接起来，同时，不必要另外的加工步骤。
为了使支承壁及壁部一方面有足够的柔韧性和另一方面能用于托架，本发明规定，该支承壁及壁部具有1mm至7.5mm并最好1.5mm的板厚，和由ST37材料制成。在板厚为1.5mm和由材料ST37制成的情况下，一个全板空心体在250mm宽和1000mm至2000mm长度时具有约6kg或12kg重量。对于首先所称的较小空心体，在6bar填充压力下应该达到600KN的承载力和第二尺寸时有1200KN的承载力。不用ST37，还可以应用另外具有高延伸性的板材，同时，ST37具有优点是有相当大的数量可供使用。
为使所描述的支承枕可以重叠或者如其他相互连接地安装设置，并例如还可以制成护板支架，本发明规定，该空心体在边缘和角部区具有结构为钻孔的连接构件用于和另外相同形状的装置和/或不同形状的装置在所有方向上实现结构配合的连接。通过这些连接构件，就可以使空心体在纵向和横向连续地而且还是平坦地连接成连续或交错的结构设置。这样，当连接构件是在板挤压成的封闭壁上制成的钻孔时是特别有利的。这一点在完全板壁空心体情况下是特别容易实现的，并且提供分别在4个角部实现连接的可能方式，这样，就达到一个很稳定的总体结构。此外，还提供一个与下边的支架相连接的可能方案，或者该单个的装置或空心体例如通过锚栓或键销而固定在洞岩上。
还有一个在相应的应用条件上更好适合的装置可以如此实现，即，支承壁具有一个或多个弯曲半径和/或成型轮廓，同时，该相互对置的支承壁是由不同强度(厚度)的板材或具有不同延伸性的板材制成的。依此，该总的空心体就可以获得一个相应的结构形状，它然后通过泵入水或其他介质就又部分地被消除。此外，这种成型轮廓不仅提供使单个构件相互连接的可能性而且还可如前所述的固定到支架上。这一点，当支承壁或壁部装备有和规则的支架相配合的制动元件或连接元件时是特别有利的。此外，应该想到疙瘩，其与立柱顶头轮廓相配合或者可以置入凹帽中，因此，至少能够在水中方向同时实现一个相应空心体及相应装置的有利固定。按照本发明可以如此实现一种分气包方案，即，支承壁由在空心体两侧设置的、相互平行布置的分隔板构成。这些同样适用于只有一个支承壁结构的情况，但是这个支承壁与空心体相连接。作为分气包方案，另一种意义上说人们可理解为结构，其中，该柔性的、可弯曲的和由此只承受拉力载荷的区域通过一个结构确定的，抗弯的或抗弯的区域而阻断。由此就可获得相当抵抗能力时，而且另一方面具有与相应使用场合很好配合的装置及空心体或支承枕。
一方面为有稳定性，另一方面为使这种装置还具有理想的承载能力，本发明规定，该支承壁设置成金属丝垫或金属丝笼罩的结构。这种结构具有的优点是，此处又提供了这种制动方案或这种可能方式，即，例如将销栓或类似物用于和顶板或其他构件相连接。同时，该支承壁还可以制成带孔的板结构。
为了在每个这种分气包方案中确定一个尽可能柔性的空心体而规定，该空心体制成一个具有强化纤维橡胶壁或强化纤维塑料的分气包支承构件的结构，即该空心体最好置于两个相互连接的支承壁之间。该橡胶壁或塑料壁按照目的要求可与一个或多个支承壁相连接。此处在应用两个支承壁情况下，该两个支承壁按照目的要求装备有制动措施和固定措施。一般原则是人们只规定一个准确的使两个支承壁相连接的措施，其中，在上、下安置的支承壁间存在的空腔如此填充，即，获得一个符合薄膜原则的元件。另一个可能方式是设置有在两侧的支承壁上各安置一个填充阀的空心体，同时，这些空心体通过分别设置的一个填充阀而可相互分开地注入(介质)。
本发明提供的一个独特装置是，该装置可作为一个支承枕或者分气包支承枕或者分气包支承元件而起作用，其可以按此类型和方式应用于不同的目的，特别是在这种装置情况下，由于空心体完全由板材制成或者装置有用板材制成的支承壁，所以实际上任何崩落区都可以填堵起来，亦即在崩落区中，人们可以置入上述一个装置或多个，然后，人们按照目的要求而将其相互连接或者也可以使其相互交叉安置。此外，这些装置还可以通过锚栓或类似物与洞岩相连接，或者通过规则的支架使其上下配合，从而实际上任何形状的崩落区都能得到安全地控制。另外的优点是，该活动支承枕是特别的完全板材结构，所以这种支承枕就可以用水注入，同时，它用水注入时还显著地变硬，进而可以达到较高的支承力。甚至在变得不密封的支承枕情况下，实际上也不会发生危险，因为这些水只不过跑出来而已，并且只有当完全流出时才失去支承作用，此时才须用另外置入的装置进行支承。在那些由于某种原因恐怕发生不密封的地方，将空心体内部置有一个橡胶或塑料囊加以保险，同时，特别是空心体的形状制成一个软管形或管形的结构，这种空心体在狭窄侧为板材挤成的结构并如此焊接和密封，即只有通过此处附加的的填充阀将水或其他介质注入。
本发明技术方案另外的细节和优点可从下面所属附图的描述中得到，其中，描述了一个具有必要的细节和各个构件的优选实施例。
图1是一个工作面/平巷一过渡区的示意图;
图2是一个管形的空心体的示意图;
图3是一个带有崩落部分的工作面的截面示意图;
图4示出了一个用作支承元件的空心体，其具有一侧或两侧支承壁;
图5示出了是多个气包;
图6是一个带支承壁的多个气包的立体图;
图7是一个带有支承壁的空心体的截面示意图;
图8示出了一个带有两个支承壁的空心体;
图9示出了一个带有两个不同结构强度的支承壁的空心体;
图10示出了一个带有支承壁的软管形空心体;
图11示出了一个软管形空心体，其具有弯成棱角的支承壁;
图12示出了一个带有制动元件的支承壁;
图13示出了一个可折叠结构的空心体;
图14示出了一个可与金属网罩组合使用的空心体;
图15示出了一个由分气包支承元件组装的空心体;
图16示出了一个由空心体链组成的空心体或一个相应的支承元件;
图17是一个盘形空心体的俯视图和侧视图;
图18是图17中的空心体与一个木支柱共同作用的示意图;和图19是一个空心体截面图，其具有一体式橡胶或塑料囊，图1表明一个在工作面/平巷-过渡区中使用的支承枕1，其完全可以由多个部分构件组成。该工作面/平巷-过渡区2，一方面通过在平巷区中拱顶支架3和另一方面通过在回采空间区8中的支柱4而得以安全保障，支柱4支承在顶板5和底板6之间。正好在这两个区域之间的楔形区产生一个崩落部分7，其中，由此形成的空腔最好通过一个支承枕1如此填充起来，即，该属于支柱4的托梁9又处于一个可靠的安置。
图2a和2b表示一个支承枕1和一个是处于运输状态，另一个是处于安装状态亦即在充满的状态。这个支承枕1的空心体10是由一个板挤压的管件制成的，其本身是密封闭合的并设有一个填充连接件或一个填充阀14。这个填充阀14是与封闭壁12制成一体的，同时，两个封闭壁12、13在角部15或在边缘范围内分别置有连接构件16，其结构为钻孔17、18。
空心体10的壁11具有一个1.5mm的板厚。这个板材是ST37和填充阀14具有一个O形插入套(Steck-O-Mnffe)DN10。比较一下图2a和2b可以看出，例如，通过充入水，该空心体10就可以膨胀起来，即可以填补100mm至120mm高度的空间。通过注入的水，还附加获得一个改善的整体稳定性。此外还可以看出，通过支承枕1或空心体10的膨胀，还获得一个大表面的和由此膨胀状态(图2b)并大约在整体的中部具有一个圆形的横截面。
另外可以看出，通过结构为钻孔17、18的连接件16、存在的可能性是，将单个的空心体10相互连接起来，或者也可例如使它们钉牢在洞岩石上，如图4所示。
与图3不同，图4表示的状态是，整体的空心体10或支承枕1是作为整体支承件应用的。这在此处表明的情况下是具有特别优点的，因为，顶板5和底板6彼此是成角度布置。在后边描述的实施方案中，分气包28和分气包29分别具有一个支承壁25、26或者后边所述的分气包28是装备有两个此类壁的。此处可以看出，通过锚栓27或者也可以是一种定位销就可实现将支架构件(此处为空心体10)固定在顶板5及底板6上。
图3表示的状态是，在工作面或回采空间中，发生一个崩落部分，因此，在掩护支架20的上方产生一个空洞7。在这个空洞7或相应的崩落部分中，置入一个支承枕1或一个空心体10，其完全可以具有一个如图4表示的结构。另外，还可以使用多个从图2中给出的支承枕1。
通过在空洞7中置入空心体10，该掩护支架就用其托梁24又能产生必需的支承作用。以使在工作面输送机和采矿机22上方的空洞又安全了。此外，对于煤层还提供了一个直线和安全的煤工作面。
图5和图6表明一个特殊方案，其中，表示并列安置有分气包28、29和29′。17、18表示钻孔，通过这些孔，就能使支承壁25例如固定在洞岩石上。图6还给出一个这样的结构，即空心体10可以完全或部分地被支承壁25折弯。而且还可以想到，此处的支承壁25是被弯曲的，当然，这要根据需要和目的来决定。
图7、8、9给出了又一实施结构方案，其中，用一个橡胶或塑料壁33，最好用一个强化橡胶或塑料壁装备的空心体10对应设置一个支承壁25或者两个支承壁25、26。特别在图8的上边部分中，表明了具有分隔板30、31的实施方案，其提供一个平坦的岩石的支承和安全的采挖环境。因为，确定了刚性相应的板面或分隔板30、31，它们在置于中间腔的空心体10膨胀情况下，就能实现一个保险的靠置支承。
在图9描述的实施方案中，分隔板30、31具有不同的强度或厚度，所以，隆起或膨胀只在上边分隔板30的区域上发生。在图7、8、9对应的下边部分中表明了支承枕1的原始状态，而上边部分是其终端位置情况。
图10a和图10b表明一个与图2原理类似的结构方案，此处只是将一个软管形的空心体10和一个相应平坦结构的支承壁25组合应用。通过编号33表明，此处涉及一个橡胶或塑料壁，其提供一种分气包或一个分气包支承件。
图11表明，支承壁25及26可以具有不同的结构，例如此处的成型结构或边棱结构34，为的是使空心体10在一个基本的区域提供一个精确限定的结构形状。
按照图12，支承壁25、26装备有制动元件36，其结构为疙瘩35。同时，疙瘩35是如此安置的，即，它们与托梁型面上或立柱头顶上的凹槽配合一致。
图13表示了一个带分气包支承件40的实施方案，同时，此处表示一个本来的空心体10处于折叠的原始状态。通过这种折叠结构可以提供较高的行程，同时，通过继续充填例如用空气就可确保褶皱边缘不致损坏。而且，这种分气包支承件40或支承枕，除填充阀14外还应设有一个卸气阀。
图14表明一个空心体10或一个装备有橡胶或塑料壁33的气包，其安置在一个金属丝笼罩38中，或其装备有相应的金属丝垫37，以便确定一个基本的成型结构或者提供这样的可能性，即，通过连接构件16实现一个不同的连续结构或一个在洞岩上的固定结构。
图15a和15b表示一个立柱，其由单个的分气包支承件组成。同时，设有制动元件36，其同样在压入水或其他一种介质情况下会如此膨胀，即，获得图15b所示的形状。此处，这两个上边的分气包支承件40，41已经鼓起，同时，下边的分气包支承件40′还在未鼓起的状态。
还可以想到，设置一个如图16a和16b的空心体链42，为的是实现一个尽可能符合目的的准确的支承在洞岩上或其他构件上。同时，不是绝对地要得到图16b示出的蛋形空心体，而且还可以制成梯形的空心体，这要取决于这种空心体链42所应采用的地方。
图17表示一个特别的空心体10的结构，其中，如特别从右图可以看出的，亦即给出一个中央平坦的构件和一个加强环45。通过这个加强环45就可以例如在一个木柱46上实现精确的定位。这如图18中表示的。通过使带有加强环45的空心体10膨胀或充满就可获得图18右边的结构，因此，所使用的木柱46就有效地支承在顶板5和底板6之间。
最后，图19表示了一个特别结构的方案，此处在原来的空心体10中还安置一个橡胶或塑料囊44，为的是保证双层的密封作用。
所有仅能从附图中获得的特征只说明了本发明的基本方案和组合。
权利要求
1.在崩落区或采矿产生的空洞区中用于置入空洞并在此后以可膨胀的空心体来支承洞岩的装置，该空心体具有周围封闭的结构并装备一个可制动的填充阀，其特征在于该空心体(10)具有一个由薄壁板制成的支承壁(25)及壁(11)，并且该填充阀(14)还设有可长期阻止液体介质如水的密封结构。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于该空心体(10)具有一个总体由薄壁板制成的并且构成一个软管的壁(11)，该壁设置成可变形的甚至可以是塑性变形范围内的结构，并且在封闭壁(13，14)处是焊接结构并含有一个橡胶或塑料囊(44)。
3.按权利要求1和2所述的装置，其特征在于相对填充阀(14)还附加设置有用于排气和/或限压和/或其他目的功用的阀门，这些阀门相对于用作填充介质的水或另外的体积为常数的介质或塑料是密封的结构。
4.按权利要求1至3所述的装置，其特征在于该空心体(10)是由相同形式的结构分件或不同的结构分件构成的，并且是按照形状，板厚和材料或通过不同的变形工艺和精制工艺变形及制成的。
5.按权利要求1至4所述的装置，其特征在于支承壁(25)和壁(11)具有一个从1mm至7.5mm最好为1.5mm的板厚并且采用ST37材料制作。
6.按权利要求1至5所述的装置，其特征在于该空心体(10)在边缘和角部(15)设置有结构为钻孔(17、18)的连接构件(16)，其用于和其他相同形状和/或不同形状的装置，实现在所有方向上的结构配合连接。
7.按权利要求1或其后权利要求之一或多个所述的装置，其特征在于支承壁(25)具有一个或多个弯曲半径和/或成型轮廓(34)，同时该相反设置的支承壁(25，26)由不同强度的板材或具有不同延伸能力的板材制成的。
8.按权利要求1或其后权利要求之一或多个所述的装置，其特征在于支承壁(25)或壁(11)装备有与规则的支架相配合的制动件和连接件(36)，或者，该空心体(10)是制成圆形的和形成一个边缘侧的加强环(45)。
9.按权利要求1或其后权利要求之一或多个所述的装置，其特征在于该支承壁(25)由在空心体(10)的两侧安置的，相互平行布置的分隔板(30，31)构成。
10.按权利要求1或其后权利要求之一或多个所述的装置，其特征在于该支承壁(25)可以制成金属丝垫(37)或金属丝笼罩(38)，其最好安装设置在两个彼此连接的支承壁(25，26)之间。
全文摘要
一个可在地下矿井中应用的活动支承枕(1)包括一个空心体(10)，它的壁(11)总体或部分由板材制成。通过注入(特别是)水就使空心体(10)鼓起，以使它可充填在一个空洞(7)或者崩落部分中，同时，它是在非膨胀状态被推入或插入上述空洞中的。而且，该单个的空心体(10)设置有连接构件(16)，以便使它们可以重叠连接或与洞岩或采挖面如此连接，即它们在使用时保持在规定的位置上。在相应的板厚和材料情况下，这种支承枕(1)可以承受600KN甚至更高的载荷。由此它们直接用在地下矿井中作为安全元件是非常有效的。
文档编号E21D15/48GK1090622SQ9311996
公开日1994年8月10日 申请日期1993年12月23日 优先权日1992年12月23日
发明者F·赫尔肯 申请人:兰格拜因-沙夫公司