本發(fā)明涉及一種礦用防爆梯形密閉墻及其構(gòu)筑方法，適用于巷道發(fā)生爆炸、火災(zāi)等熱動(dòng)力災(zāi)害時(shí)來不及構(gòu)筑傳統(tǒng)密閉墻的情況或者瓦斯涌出量比較大的礦井。

背景技術(shù)：

煤炭作為當(dāng)今世界的主要能源之一，在人類生產(chǎn)和生活中發(fā)揮了極為重要的作用。然而，煤炭在開采、儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用過程中面臨各種自然災(zāi)害的威脅，嚴(yán)重影響了煤炭的安全生產(chǎn)和利用。礦井火災(zāi)是其中的主要災(zāi)害形式之一，會(huì)燒毀大量的煤炭資源和設(shè)備，產(chǎn)生大量高溫?zé)煔夂陀泻怏w，危及井下工作人員的生命安全，嚴(yán)重者還會(huì)引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸，造成更大的災(zāi)難。煤礦發(fā)生火災(zāi)后，如不能直接滅火時(shí)，必須對(duì)火區(qū)進(jìn)行封閉。

目前傳統(tǒng)的密閉墻大多采用黃土、磚、水泥等材料構(gòu)筑而成，構(gòu)筑1m³該類密閉墻需要400塊磚，0.3m³水泥，由于密閉墻是由磚塊和水泥、沙子等材料銜接而成，因而強(qiáng)度較差，容易漏風(fēng)，而且工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、工程量大、施工期長(zhǎng)、效率低下，直接影響了煤礦災(zāi)變救援效率。近年來，一些研究人員從構(gòu)筑材料、施工方法、密閉墻附屬物等角度開展了研究，主要包括氣囊/充填氣袋密閉墻和充填式密閉墻。其中，氣囊/充填氣袋密閉墻施工過程簡(jiǎn)單快速，只需將氣囊/充填氣袋放到待密閉區(qū)域然后啟動(dòng)壓風(fēng)系統(tǒng)即可，但主要構(gòu)筑原材料并非井下常備物資，構(gòu)筑之前均需要根據(jù)巷道斷面不同設(shè)置不同大小的氣袋/囊體，而巷道斷面復(fù)雜多樣，因此對(duì)氣囊/充填氣袋工藝要求較高，且不能提前加工，局限性比較大，不適于災(zāi)變情況下緊急構(gòu)筑的需要；此外，由于巷道斷面復(fù)雜，往往存在一些帶棱角的尖銳物，容易導(dǎo)致所用氣囊/充填氣袋漏氣，因而存在安全隱患，且難以抵抗沖擊波等熱動(dòng)力災(zāi)害沖擊，服務(wù)周期受限。充填式密閉墻的實(shí)現(xiàn)方式一般為先采用鋼板、木板或磚石等材料構(gòu)筑內(nèi)外墻形成腔體，然后再向腔體中灌注材料進(jìn)行充填后最終形成密閉墻。實(shí)施過程中，由于內(nèi)外墻構(gòu)筑需要使用鋼板、木板或磚塊較多，使用木板所構(gòu)成的內(nèi)外墻體由于其易燃性容易留下安全隱患，而使用鋼板或磚塊構(gòu)筑內(nèi)外墻體花費(fèi)大且耗時(shí)耗力，且前期采用的充填體原材料凝固時(shí)間較長(zhǎng)，無法滿足緊急構(gòu)筑的需要。綜上，現(xiàn)有密閉墻及其構(gòu)筑方法存在原材料運(yùn)輸復(fù)雜、成本高、耗時(shí)費(fèi)力、無法應(yīng)急或構(gòu)筑質(zhì)量難以滿足長(zhǎng)時(shí)間密閉的需要，無法滿足礦井重大熱動(dòng)力災(zāi)害災(zāi)變時(shí)期高效應(yīng)急救援的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供了一種礦用防爆梯形密閉墻及其構(gòu)筑方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的一種礦用防爆梯形密閉墻，其頂端與底端分別為巷道頂板與底板，兩側(cè)為巷道壁；還包括注漿孔、金屬錨網(wǎng)、密封布、充填體、鐵絲、灌注管、密封閥、排水管、膨脹螺栓等元件；所述的金屬錨網(wǎng)通過膨脹螺栓布置在圍巖上，兩片金屬錨網(wǎng)通過鐵絲相互連接；金屬錨網(wǎng)內(nèi)側(cè)設(shè)置密封布，金屬錨網(wǎng)與密封布之間通過鐵絲連接；通過注漿孔向其密封布和圍巖形成的腔體內(nèi)注入充填體材料，填充后形成密閉墻體；注漿孔通過注漿管與充填裝置相連；密閉墻體中部預(yù)留貫穿墻體的防滅火材料灌注管，底部預(yù)留貫穿墻體的排水管。

本發(fā)明所述的礦用防爆梯形密閉墻，所述的注漿管與外部充填裝置相連，充填裝置通過進(jìn)料管與注漿管相連；形成充填體的原料漿體通過充填裝置注入密閉腔體內(nèi)。

本發(fā)明所述的礦用防爆梯形密閉墻，所述的充填體原料包括由硫鋁酸鹽水泥、復(fù)合緩凝分散劑組成的Ⅰ料與石灰、石膏及復(fù)合速凝劑組成的II料，兩者按比例混合后凝固形成充填體。

本發(fā)明所述的礦用防爆梯形密閉墻，所述的密閉墻體沿巷道縱向切面呈梯形，其外側(cè)端為斜梯面，內(nèi)側(cè)面為直角面。且梯形狀密閉墻上底寬度為0.5~1.5m，下底寬度為上底的1.5~2倍，具體根據(jù)巷道斷面大小而定。

本發(fā)明所述的礦用防爆梯形密閉墻，所述的膨脹螺栓用來固定錨網(wǎng)和密封布，各膨脹螺栓之間距離為30~50cm，可選規(guī)格有M16、M18、M20、M22、M24等，且長(zhǎng)度為250~350mm。

本發(fā)明所述的礦用防爆梯形密閉墻的構(gòu)筑方法，步驟如下：

1）根據(jù)巷道斷面形狀、大小修剪錨網(wǎng)和密封布，然后用鐵絲將密封布和錨網(wǎng)邊角對(duì)應(yīng)位置連接起來。同時(shí)，在外側(cè)錨網(wǎng)和密封布的上部近似中心位置開設(shè)注漿孔，用來進(jìn)行充填體原料漿液的注入；在內(nèi)外側(cè)錨網(wǎng)和密封布中部近似中心位置分別開設(shè)孔口，用來布置防滅火材料灌注管；在內(nèi)外錨網(wǎng)和密封布底部近似中心位置分別開設(shè)孔口，用來布置排水管路；

2）在圍巖上固定錨網(wǎng)和密封布，使用膨脹螺栓先固定內(nèi)側(cè)錨網(wǎng)和密封布，然后固定外側(cè)錨網(wǎng)和密封布。固定過程中須保證兩塊密封布均處于錨網(wǎng)內(nèi)側(cè)，靠近待充填區(qū)域一側(cè)；

3）通過內(nèi)外側(cè)錨網(wǎng)中部預(yù)留的兩個(gè)孔口放入鐵管作為防滅火材料灌注管，管外端通過閥門控制啟閉；通過內(nèi)外側(cè)錨網(wǎng)底部預(yù)留的兩個(gè)孔口放入鐵管作為排水管，管外端通過閥門控制啟閉；

4）準(zhǔn)備充填原料，制備形成充填體所需的I料漿液與II料漿液；

5）將配置好的的充填體原料漿液I料與II料注入充填裝置內(nèi)混合均勻后，再通過注漿孔注入密封布內(nèi)，I料與II料漿液的混合比例為1：1；直到密封布腔體內(nèi)充實(shí)；

6）對(duì)充實(shí)后的密封布腔體進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試充實(shí)程度；

7）填充體進(jìn)行靜置凝固后，完成墻體構(gòu)筑。

有益效果

本發(fā)明提供的礦用防爆梯形密閉墻及其構(gòu)筑方法，通過使用礦用金屬錨網(wǎng)、密封布來做充填區(qū)域邊界，克服了采用木板構(gòu)筑腔體安全性穩(wěn)定性差的不足，采用鋼板或磚石構(gòu)筑腔體耗時(shí)費(fèi)力的不足，和采用囊體原材料獲取困難、易損壞、服務(wù)周期段的不足，且所用原材料為煤礦井下常用物品，獲取方便、成本低。

本發(fā)明提供的礦用防爆梯形密閉墻及其構(gòu)筑方法，構(gòu)筑形成的礦用防爆梯形密閉墻側(cè)面為直角梯形狀，密閉墻內(nèi)側(cè)為直角狀，充分利用了梯形截面墻體抗沖擊力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高了密閉墻的防爆能力。

本發(fā)明提供的礦用防爆梯形密閉墻及其構(gòu)筑方法，本發(fā)明提供的充填料輸送過程中均為流體狀，比傳統(tǒng)磚石、鋼板、木板等材料的搬運(yùn)輸送更加方便，且混合后形成的充填體具有很強(qiáng)的耐沖擊性和緩沖性，防爆效果更好。

本發(fā)明提供的礦用防爆梯形密閉墻及其構(gòu)筑方法，構(gòu)筑過程中采用掛網(wǎng)方法形成腔體，避免了內(nèi)外墻的構(gòu)筑，構(gòu)筑時(shí)間短，效率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明在礦井井下快速形成密閉墻主視圖；

圖2為本發(fā)明的構(gòu)筑密閉墻所用錨網(wǎng)和膨脹螺栓布置方式立體圖；

圖3為圖1A-A剖面結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖4為圖3中充填混料裝置B-B剖面結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖5為密閉墻的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

下面以拱形斷面巷道為例，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明：

如圖所示：一種礦用梯形防爆密閉墻，適用于煤礦井下熱動(dòng)力災(zāi)害災(zāi)變時(shí)期密閉墻的快速構(gòu)建。其主要包括注漿孔4，金屬錨網(wǎng)5，密封布9，充填體10，鐵絲11，灌注管12，密封閥13，排水管路14，膨脹螺栓17。

金屬錨網(wǎng)5為礦井支護(hù)所用錨網(wǎng)，取材方便。金屬錨網(wǎng)5用膨脹螺栓17固定在圍巖3上，同時(shí)用鐵絲11連為一體，以保證其穩(wěn)定性。其中，各膨脹螺栓之間距離為30~50cm。

金屬錨網(wǎng)內(nèi)部的密封布9為阻燃布料，且用鐵絲11和錨網(wǎng)5連接，防止?jié){液通過金屬錨網(wǎng)5網(wǎng)格外流。

充填體10為速凝漿體，強(qiáng)度較高。速凝漿體由Ⅰ、Ⅱ兩種基本材料混合而成，Ⅰ料由硫鋁酸鹽水泥、復(fù)合緩凝分散劑組成，Ⅱ料由其他輔料如石灰、石膏及復(fù)合速凝劑組成。兩種基本材料為流體，便于輸送。同時(shí)，還需要添加凝結(jié)劑。

灌注管12是用來向封閉區(qū)域注入泥漿、泡沫、惰性氣體等防滅火材料。密閉墻下端設(shè)有排水管14，可及時(shí)釋放密閉空間內(nèi)積水。密閉墻側(cè)面為梯形狀，防爆效果更好。且梯形狀密閉墻上底寬度為0.5~1.5m，下底寬度為上底的1.5~2倍，具體根據(jù)巷道斷面大小而定。

膨脹螺栓17用來固定錨網(wǎng)和密封布，可選規(guī)格有M16、M18、M20、M22、M24等，且長(zhǎng)度為250~350mm。

礦用防爆梯形密閉墻的構(gòu)筑方法，其主要由充填裝置6，閥門7，注漿管8，流量計(jì)15，進(jìn)料管16，攪拌機(jī)18、注漿泵19等設(shè)備組成。

其施工步驟分為4個(gè)部分：準(zhǔn)備階段，進(jìn)料階段，充填階段以及結(jié)束階段。

準(zhǔn)備階段：根據(jù)巷道斷面形狀、大小修剪錨網(wǎng)5和密封布9，且錨網(wǎng)5和密封布9的長(zhǎng)寬均比巷道長(zhǎng)寬大約0.8~1m，多出的部分用來通過膨脹螺栓17固定錨網(wǎng)5和密封布9。根據(jù)巷道規(guī)格裁剪完畢的錨網(wǎng)5和密封布9采用鐵絲11連接固定形成整體。如附圖1和圖5所示，在外側(cè)錨網(wǎng)5以及外側(cè)密封布9中上部靠近頂板1的近似中心位置開設(shè)注漿孔4，直徑為8~12cm，連接注漿管8用于充填體混合漿液的灌注；在內(nèi)外側(cè)錨網(wǎng)5和密封布9中部的近似中心位置分別開設(shè)孔口，直徑為10~15cm，用來布置注漿管12；在內(nèi)外錨網(wǎng)5和密封布9底部的近似中心位置分別開設(shè)孔口，直徑為8~12cm，用來布置排水管路14。在所要充填區(qū)域內(nèi)外兩側(cè)布置礦用金屬錨網(wǎng)5，并用膨脹螺栓17使其固定。用鐵絲11將兩塊錨網(wǎng)對(duì)應(yīng)邊角位置連接，防止充填過程錨網(wǎng)5發(fā)生位移。最后，通過內(nèi)外側(cè)錨網(wǎng)中部預(yù)留的兩個(gè)孔口放入鐵管作為防滅火材料灌注管12，鐵管長(zhǎng)度比兩個(gè)孔口之間距離大50~100cm，管外端通過閥門控制啟閉；通過內(nèi)外側(cè)錨網(wǎng)底部預(yù)留的兩個(gè)孔口放入鐵管作為排水管14，鐵管長(zhǎng)度比兩個(gè)孔口之間距離大50~100cm，管外端通過閥門控制啟閉；將注漿管8接到注漿孔4上，并用鐵絲固定。

進(jìn)料階段：將預(yù)先調(diào)制好的Ⅰ、Ⅱ基本材料充入充填裝置6中，同時(shí)通過閥門7-2、7-3以及流量計(jì)15控制Ⅰ、Ⅱ進(jìn)料流量比為1：1。

充填階段：?jiǎn)?dòng)充填裝置6，對(duì)充填裝置6中材料進(jìn)行攪拌使其混合均勻，然后對(duì)待充填區(qū)域進(jìn)行充填。待充填體10即將觸及頂板1時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)閥門7-1控制漿體流入速度直至關(guān)閉。為了防止充填材料在充填裝置中凝結(jié)，應(yīng)做到進(jìn)料與充填同時(shí)進(jìn)行。

結(jié)束階段：充填完畢后要及時(shí)對(duì)充填設(shè)備等進(jìn)行清洗，以防堵塞充填設(shè)備。充填完畢15~20分鐘后，通過石頭、膨脹螺栓等硬度較大物質(zhì)來感知充填體10的凝結(jié)狀態(tài)，待充填體10凝結(jié)狀態(tài)良好后，如需要可以 將外部錨網(wǎng)5及密封布9卸下回收利用或保持原狀。

一種礦用防爆梯形密閉墻的構(gòu)筑方法，其中所述充填裝置6為攪灌一體注漿機(jī)，內(nèi)部有攪拌機(jī)及注漿泵前端有Ⅰ、Ⅱ兩進(jìn)料口，進(jìn)料口所連接進(jìn)料管直徑為8~12cm。且充填裝置6后，注漿管8前端存在閥門7-1，用來控制漿液的流入速度。

前端進(jìn)料管16用于制備速凝漿體。且進(jìn)料管16靠近充填裝置6端設(shè)置閥門7-2、7-3和流量計(jì)15用來控制材料注入速度。灌注管12和排水管路14可根據(jù)需要與否進(jìn)行設(shè)置，如若狀況比較危急則可不必設(shè)灌注管12和排水管路14。

本發(fā)明為一種礦用防爆梯形密閉墻，其中所述充填裝置為攪灌一體注漿機(jī)，充填裝置前端有兩進(jìn)料口，內(nèi)部有攪拌機(jī)及注漿泵。且充填裝置后注漿管前端存在閥門，用來控制漿液的流入速度。其充填時(shí)間可根據(jù)含水量和凝結(jié)劑添加量進(jìn)行調(diào)節(jié)。灌注管和排水管路可根據(jù)需要與否進(jìn)行設(shè)置，如若狀況比較危急則可不必設(shè)灌注管和排水管路。