本發(fā)明屬于煤礦煤層火災(zāi)防治技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于巷道圍巖裂隙結(jié)構(gòu)密閉煤礦采空區(qū)的裝置和方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)是煤炭用儲(chǔ)量大國(guó)，全國(guó)各地大小煤礦眾多，受開(kāi)采技術(shù)與采煤方法限制，回采工作面煤礦采空區(qū)遺煤與高濃度瓦斯大量積存，如果再滿足漏風(fēng)條件，往往存在采空區(qū)遺煤自燃，甚至引起瓦斯爆炸的嚴(yán)重后果。為了封堵采空區(qū)，防止井巷中風(fēng)流漏入采空區(qū)，通常采取在采空區(qū)周圍設(shè)置密閉墻的方法解決。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理和煤礦開(kāi)采實(shí)際情況，防治自燃密閉技術(shù)與方法必須滿足三個(gè)條件：1、密閉自身密封性好；2、能夠有物質(zhì)充填巷道圍巖裂隙，包括巷道頂部圍巖裂隙，有效封堵；3、受采動(dòng)集中應(yīng)力影響密閉墻破壞變形后，密閉仍能保證密封效果。但目前密閉墻構(gòu)筑多為加厚的泥沙磚墻構(gòu)筑，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工序復(fù)雜，密封效果差，特別是巷道周邊圍巖受動(dòng)壓影響后產(chǎn)生的裂縫難以很好封堵即使之后補(bǔ)充使用插管注入泥漿的方法，因泥漿受重力作用不能進(jìn)入巷道頂部的圍巖裂隙中，密封效果仍不佳。而且，墻體自身由于長(zhǎng)時(shí)間受動(dòng)壓也會(huì)產(chǎn)生裂隙，此時(shí)已不能起到封堵風(fēng)流的目的。為了改進(jìn)傳統(tǒng)的密閉墻方法，提高效率，保證礦井安全生產(chǎn)，需要采用新型采空區(qū)密閉技術(shù)對(duì)采空區(qū)巷道進(jìn)行充填密閉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種基于巷道圍巖裂隙結(jié)構(gòu)密閉煤礦采空區(qū)的裝置和方法，其可對(duì)采空區(qū)主要的漏氣通道能夠進(jìn)行有效的封堵，改善采空區(qū)的密閉效果防止采空區(qū)自燃發(fā)火，避免引起瓦斯爆炸。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：基于巷道圍巖裂隙結(jié)構(gòu)密閉煤礦采空區(qū)的裝置，包括設(shè)置在進(jìn)風(fēng)巷當(dāng)中的第一密閉墻和設(shè)置在回風(fēng)巷當(dāng)中的第二密閉墻，第一密閉墻和第二密閉墻的結(jié)構(gòu)相同，第一密閉墻和第二密閉墻均包括由磚砌筑而成的第一墻體和第二墻體，第一墻體和第二墻體的側(cè)部邊沿和頂部邊沿均與巷道圍巖接觸并密封連接，第一墻體鄰近采空區(qū)，第二墻體遠(yuǎn)離采空區(qū)，以采空區(qū)到第二墻體的方向?yàn)橛蓛?nèi)向外的方向，第二密閉墻體中部水平插設(shè)有注入管，注入管內(nèi)端伸入到第一墻體和第二墻體之間形成的空腔內(nèi)，空腔內(nèi)填充有黃土，第一墻體與第二墻體之間水平設(shè)置有至少兩根張拉螺桿，每根張拉螺桿上均套設(shè)有兩塊墊板，張拉螺桿的頭部通過(guò)其中一塊墊板與第一墻體內(nèi)表面頂壓接觸，張拉螺桿的外端螺紋連接有防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)，防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)通過(guò)另一塊墊板與第二墻體外表面頂壓接觸。

防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)包括防護(hù)帽、墊圈和圓環(huán)形的彈性嵌件，張拉螺桿的外端部螺紋連接有兩個(gè)螺母，所述的墊圈套設(shè)在張拉螺桿上，螺母內(nèi)側(cè)表面通過(guò)墊圈與彈性嵌件壓接配合；

墊圈在圓周表面上開(kāi)設(shè)有第一圓環(huán)槽，防護(hù)帽為內(nèi)端開(kāi)口的圓筒狀結(jié)構(gòu)，防護(hù)帽的內(nèi)壁敞口處沿圓周方向設(shè)置有第一定位環(huán)和第二定位環(huán)，防護(hù)帽內(nèi)壁在第一定位環(huán)和第二定位環(huán)之間形成第二圓環(huán)槽，第二定位環(huán)內(nèi)端面與防護(hù)帽內(nèi)端面齊平，第一圓環(huán)槽與第二圓環(huán)槽對(duì)應(yīng)連通形成圓環(huán)形的安裝腔，所述的彈性嵌件裝配在安裝腔內(nèi)。

彈性嵌件包括四個(gè)半徑均相同、圓心角均為90°的圓弧形結(jié)構(gòu)的限位條，每個(gè)限位條的外圓周表面均沿圓周方向開(kāi)設(shè)有兩道安裝槽，每個(gè)限位條的一端沿垂直方向開(kāi)設(shè)有一個(gè)安裝孔，第二定位環(huán)自內(nèi)而外通過(guò)四個(gè)定位螺釘對(duì)應(yīng)穿過(guò)一個(gè)安裝孔與第一定位環(huán)螺紋連接，每個(gè)限位條的中部外側(cè)開(kāi)設(shè)有與兩道安裝槽均連通的且橫截面呈L型的卡槽，卡槽內(nèi)設(shè)有U型彈簧，U型彈簧的兩根簧臂對(duì)應(yīng)裝配在兩道安裝槽內(nèi)并與防護(hù)帽內(nèi)壁頂壓配合，U型彈簧的兩根簧臂均指向相鄰一個(gè)限位條穿設(shè)有定位螺釘?shù)囊欢恕?/p>

墊圈外圓周在第一圓環(huán)槽外側(cè)的部分呈外細(xì)內(nèi)粗的圓錐狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)限位條沿徑向方向的厚度均外厚內(nèi)薄。

基于巷道圍巖裂隙結(jié)構(gòu)密閉煤礦采空區(qū)的裝置的密閉方法，包括以下步驟，

（1）、在進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷內(nèi)選擇合適的位置分別砌筑第一密閉墻和第二密閉墻，第一墻體距離采空區(qū)巷道內(nèi)距離停采線10～20m，第一墻體和第二墻體的厚度為50~80cm，第一墻體和第二墻體之間的距離為1~2m，先構(gòu)筑里側(cè)第一墻體，墊板套到張拉螺桿上在第一墻體內(nèi)預(yù)埋張拉螺桿，使第一墻體與巷道圍巖嚴(yán)密接觸，第一墻體砌筑完成后，接著砌筑第二墻體，隨著第二墻體的升高，在第一墻體和第二墻體之間逐漸填充黃土直至第二墻體砌筑完成后填滿，在砌筑第二墻體的同時(shí)把注入管預(yù)埋到第二墻體內(nèi)，同時(shí)張拉螺桿也伸出第二墻體外；

（2）、在張拉螺桿外端套上墊板，在張拉螺桿外端擰上防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)，防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)的緊固使張緊螺桿限定第一墻體和第二墻體的距離；

（3）、用壓力泵向連接注入管向第一墻體和第二墻體之間注入膨脹材料羅克休，膨脹材料羅克休的膨脹系數(shù)為10或10以上，膨脹材料羅克休最終注入壓力達(dá)到1.5MPa以上，完全封堵巷道圍巖裂隙之用，直到膨脹材料羅克休完全充填黃土內(nèi)的裂隙以及封堵巷道圍巖的裂隙后停止壓力泵；

（4）、撤除壓力泵，使用堵頭將注入管外端封堵。

步驟（2）中擰上防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)的具體過(guò)程為：先把四個(gè)U型彈簧對(duì)應(yīng)安裝到四個(gè)限位條的卡槽和定位槽內(nèi)，再把一個(gè)限位條放置到第二圓環(huán)槽內(nèi)，使用一個(gè)定位螺釘將這個(gè)限位條固定，接著依次把另三個(gè)限位條使用定位螺釘固定到第二圓環(huán)槽內(nèi)，四個(gè)定位螺釘均為沉頭結(jié)構(gòu)，由于U型彈簧的作用，四個(gè)限位條的活動(dòng)端均凸出第一定位環(huán)內(nèi)壁和第二定位環(huán)內(nèi)壁；然后把螺母擰到張拉螺桿上，操作者手持防護(hù)帽，套到螺母和張拉螺桿外部沿軸向方向朝向第二墻體方向用力按壓，由于墊圈外圓周在第一圓環(huán)槽外側(cè)的部分呈外細(xì)內(nèi)粗的圓錐狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)限位條沿徑向方向的厚度均外厚內(nèi)薄的結(jié)構(gòu)，即四個(gè)限位條的內(nèi)壁與墊圈外壁之間的圓錐狀配合結(jié)構(gòu)很容易將四個(gè)限位條按壓到墊圈外圓周的第一圓環(huán)槽內(nèi)，在U型彈簧的作用下，四個(gè)限位條內(nèi)壁緊緊地頂壓在第一圓環(huán)槽的圓周壁上，防護(hù)帽被牢牢地與螺栓一體固定，起到良好的防松和防潮作用。

采用上述技術(shù)方案，第一密閉墻和第二密閉墻設(shè)置應(yīng)避過(guò)采動(dòng)應(yīng)力集中區(qū)，布置在停采線之后合適位置，位置的選擇以礦井采空區(qū)實(shí)際情況為準(zhǔn)，同時(shí)為減少煤炭損失，與停采距離不宜太大，一般10~20m即可。

第一墻體和第二墻體的墻厚度與施工條件相同，且第一墻體和第二墻體之間間隔1~2m，能容納一定量黃土，能夠?yàn)樽⑷氲呐蛎洸牧咸峁┮粋€(gè)相對(duì)密閉的空間，能保證在密閉墻受壓破壞后，黃土與膨脹材料一起，仍具有很好的密封效果。其中，注入管的設(shè)置與最好靠近巷道頂部，保證密封效果，能易于操作與實(shí)施。第一密閉墻和第二密閉墻不需要嵌入巷道圍巖中，就能夠滿足密閉巷道圍巖裂隙需要，減少了之前建密閉墻前，必須在巷道圍巖上掏槽的工序。

張拉螺桿的設(shè)置，可確保第一墻體和第二墻體之間的距離在注入膨脹材料羅克休時(shí)保持恒定不變，使密封的安全可靠性增強(qiáng)。由于巷道內(nèi)濕熱，在張拉螺桿上設(shè)置獨(dú)特結(jié)構(gòu)的防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)，即使用防護(hù)帽將螺母和張拉螺桿端頭罩住，防護(hù)帽與墊圈通過(guò)活動(dòng)嵌件鎖死不會(huì)脫出，從而將起到對(duì)張拉螺桿和螺母密封，起到良好的防潮、防銹蝕的作用，并可保證螺母不會(huì)脫離張拉螺桿。

綜上所述，本發(fā)明的有益效果是：為了解決煤礦井下回采工作面采空區(qū)遺煤自燃問(wèn)題，本發(fā)明基于裂隙封堵的采空區(qū)密閉防止煤炭自燃技術(shù)與方法，在距離回采工作面停采線合理的位置處，采用雙密閉墻與帶壓注入液態(tài)膨脹材料相結(jié)合的方式聯(lián)合密封，實(shí)現(xiàn)有效封堵密閉墻自身裂隙、巷道圍巖裂隙的目的，同時(shí)具有防止密閉墻受采動(dòng)集中應(yīng)力影響，長(zhǎng)期受壓破壞漏氣的效果，可以有效防止采空區(qū)遺煤自燃。兩道密閉墻平行，間隔合適距離，在兩道密閉墻之間先充填一定量黃土，基本充填滿密閉墻與巷道圍成的空間，之后再利用預(yù)埋在外側(cè)密閉墻上的管線，帶壓注入液態(tài)封堵材料。液態(tài)封堵材料具有初期流動(dòng)性好、反應(yīng)速度快、膨脹性大、性能穩(wěn)定、抗水性好、受力性能好、自身致密性較好的特性，帶壓注入初期不僅能夠很好地滲透巷道圍巖裂隙，尤其是巷道上方圍巖裂隙，能快速膨脹封堵圍巖，減少采空區(qū)漏氣通道，同時(shí)因膨脹材料為塑性物質(zhì)，充填黃土裂隙后與黃土一起在密閉墻受壓產(chǎn)生的裂隙后也具有很好的密閉效果。本發(fā)明主要對(duì)采空區(qū)巷道圍巖裂隙產(chǎn)生的采空區(qū)漏氣通道進(jìn)行封堵，密封效果明顯，安全可靠，能有效防止采空區(qū)自燃發(fā)火。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的平面布置示意圖；

圖2是采空區(qū)巷道圍巖裂隙注入膨脹材料前的剖面圖；

圖3是采空區(qū)巷道圍巖裂隙注入膨脹材料封堵后剖面圖；

圖4是圖2和圖3中防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖4中墊圈的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是圖4中活動(dòng)嵌件的俯視圖；

圖7是圖6中U型彈簧的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-圖7所示，本發(fā)明的基于巷道圍巖裂隙結(jié)構(gòu)密閉煤礦采空區(qū)的裝置，包括設(shè)置在進(jìn)風(fēng)巷15當(dāng)中的第一密閉墻16和設(shè)置在回風(fēng)巷17當(dāng)中的第二密閉墻18，第一密閉墻16和第二密閉墻18的結(jié)構(gòu)相同，第一密閉墻16和第二密閉墻18均包括由磚砌筑而成的第一墻體19和第二墻體20，第一墻體19和第二墻體20的側(cè)部邊沿和頂部邊沿均與巷道圍巖21接觸并密封連接，第一墻體19鄰近采空區(qū)22，第二墻體20遠(yuǎn)離采空區(qū)22，以采空區(qū)22到第二墻體20的方向?yàn)橛蓛?nèi)向外的方向，第二密閉墻18體中部水平插設(shè)有注入管23，注入管23內(nèi)端伸入到第一墻體19和第二墻體20之間形成的空腔內(nèi)，空腔內(nèi)填充有黃土24，第一墻體19與第二墻體20之間水平設(shè)置有至少兩根張拉螺桿25，每根張拉螺桿25上均套設(shè)有兩塊墊板26，張拉螺桿25的頭部通過(guò)其中一塊墊板26與第一墻體19內(nèi)表面頂壓接觸，張拉螺桿25的外端螺紋連接有防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)27，防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)27通過(guò)另一塊墊板26與第二墻體20外表面頂壓接觸。

防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)27包括防護(hù)帽1、墊圈2和圓環(huán)形的彈性嵌件，張拉螺桿25的外端部螺紋連接有兩個(gè)螺母28，所述的墊圈2套設(shè)在張拉螺桿25上，螺母28內(nèi)側(cè)表面通過(guò)墊圈2與彈性嵌件壓接配合。

墊圈2在圓周表面上開(kāi)設(shè)有第一圓環(huán)槽5，防護(hù)帽1為內(nèi)端開(kāi)口的圓筒狀結(jié)構(gòu)，防護(hù)帽1的內(nèi)壁敞口處沿圓周方向設(shè)置有第一定位環(huán)6和第二定位環(huán)7，防護(hù)帽1內(nèi)壁在第一定位環(huán)6和第二定位環(huán)7之間形成第二圓環(huán)槽，第二定位環(huán)7內(nèi)端面與防護(hù)帽1內(nèi)端面齊平，第一圓環(huán)槽5與第二圓環(huán)槽對(duì)應(yīng)連通形成圓環(huán)形的安裝腔，所述的彈性嵌件裝配在安裝腔內(nèi)。

彈性嵌件包括四個(gè)半徑均相同、圓心角均為90°的圓弧形結(jié)構(gòu)的限位條8，每個(gè)限位條8的外圓周表面均沿圓周方向開(kāi)設(shè)有兩道安裝槽9，每個(gè)限位條8的一端沿垂直方向開(kāi)設(shè)有一個(gè)安裝孔10，第二定位環(huán)7自內(nèi)而外通過(guò)四個(gè)定位螺釘11對(duì)應(yīng)穿過(guò)一個(gè)安裝孔10與第一定位環(huán)6螺紋連接，每個(gè)限位條8的中部外側(cè)開(kāi)設(shè)有與兩道安裝槽9均連通的且橫截面呈L型的卡槽12，卡槽12內(nèi)設(shè)有U型彈簧13，U型彈簧13的兩根簧臂對(duì)應(yīng)裝配在兩道安裝槽9內(nèi)并與防護(hù)帽1內(nèi)壁頂壓配合，U型彈簧13的兩根簧臂均指向相鄰一個(gè)限位條8穿設(shè)有定位螺釘11的一端。

墊圈2外圓周在第一圓環(huán)槽5外側(cè)的部分14呈外細(xì)內(nèi)粗的圓錐狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)限位條8沿徑向方向的厚度均外厚內(nèi)薄。

基于巷道圍巖裂隙結(jié)構(gòu)密閉煤礦采空區(qū)的裝置的密閉方法，包括以下步驟，

（1）、在進(jìn)風(fēng)巷15和回風(fēng)巷17內(nèi)選擇合適的位置分別砌筑第一密閉墻16和第二密閉墻18，第一墻體19距離采空區(qū)22巷道內(nèi)距離停采線10～20m，第一墻體19和第二墻體20的厚度為50~80cm，第一墻體19和第二墻體20之間的距離為1~2m，先構(gòu)筑里側(cè)第一墻體19，墊板26套到張拉螺桿25上在第一墻體19內(nèi)預(yù)埋張拉螺桿25，使第一墻體19與巷道圍巖21嚴(yán)密接觸，第一墻體19砌筑完成后，接著砌筑第二墻體20，隨著第二墻體20的升高，在第一墻體19和第二墻體20之間逐漸填充黃土24直至第二墻體20砌筑完成后填滿，在砌筑第二墻體20的同時(shí)把注入管23預(yù)埋到第二墻體20內(nèi)，同時(shí)張拉螺桿25也伸出第二墻體20外；

（2）、在張拉螺桿25外端套上墊板26，在張拉螺桿25外端擰上防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)27，防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)27的緊固使張緊螺桿限定第一墻體19和第二墻體20的距離；

（3）、用壓力泵向連接注入管23向第一墻體19和第二墻體20之間注入膨脹材料羅克休，膨脹材料羅克休的膨脹系數(shù)為10或10以上，膨脹材料羅克休最終注入壓力達(dá)到1.5MPa以上，完全封堵巷道圍巖21的裂隙29之用，直到膨脹材料羅克休完全充填黃土24內(nèi)的裂隙30以及封堵巷道圍巖21的裂隙29后停止壓力泵；

（4）、撤除壓力泵，使用堵頭將注入管23外端封堵。

步驟（2）中擰上防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)27的具體過(guò)程為：先把四個(gè)U型彈簧13對(duì)應(yīng)安裝到四個(gè)限位條8的卡槽12和定位槽內(nèi)，再把一個(gè)限位條8放置到第二圓環(huán)槽內(nèi)，使用一個(gè)定位螺釘11將這個(gè)限位條8固定，接著依次把另三個(gè)限位條8使用定位螺釘11固定到第二圓環(huán)槽內(nèi)，四個(gè)定位螺釘11均為沉頭結(jié)構(gòu)，由于U型彈簧13的作用，四個(gè)限位條8的活動(dòng)端均凸出第一定位環(huán)6內(nèi)壁和第二定位環(huán)7內(nèi)壁；然后把螺母28擰到張拉螺桿25上，操作者手持防護(hù)帽1，套到螺母28和張拉螺桿25外部沿軸向方向朝向第二墻體20方向用力按壓，由于墊圈2外圓周在第一圓環(huán)槽5外側(cè)的部分14呈外細(xì)內(nèi)粗的圓錐狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)限位條8沿徑向方向的厚度均外厚內(nèi)薄的結(jié)構(gòu)，即四個(gè)限位條8的內(nèi)壁與墊圈2外壁之間的圓錐狀配合結(jié)構(gòu)很容易將四個(gè)限位條8按壓到墊圈2外圓周的第一圓環(huán)槽5內(nèi)，在U型彈簧13的作用下，四個(gè)限位條8內(nèi)壁緊緊地頂壓在第一圓環(huán)槽5的圓周壁上，防護(hù)帽1被牢牢地與螺栓一體固定，起到良好的防松和防潮作用。

第一密閉墻16和第二密閉墻18設(shè)置應(yīng)避過(guò)采動(dòng)應(yīng)力集中區(qū)，布置在停采線之后合適位置，位置的選擇以礦井采空區(qū)22實(shí)際情況為準(zhǔn)，同時(shí)為減少煤炭損失，與停采距離不宜太大，一般10~20m即可。

第一墻體19和第二墻體20的墻厚度與施工條件相同，且第一墻體19和第二墻體20之間間隔1~2m，能容納一定量黃土24，能夠?yàn)樽⑷氲呐蛎洸牧咸峁┮粋€(gè)相對(duì)密閉的空間，能保證在密閉墻受壓破壞后，黃土24與膨脹材料一起，仍具有很好的密封效果。其中，注入管23的設(shè)置與最好靠近巷道頂部，保證密封效果，能易于操作與實(shí)施。第一密閉墻16和第二密閉墻18不需要嵌入巷道圍巖21中，就能夠滿足密閉巷道圍巖21裂隙需要，減少了之前建密閉墻前，必須在巷道圍巖21上掏槽的工序。

張拉螺桿25的設(shè)置，可確保第一墻體19和第二墻體20之間的距離在注入膨脹材料羅克休時(shí)保持恒定不變，使密封的安全可靠性增強(qiáng)。由于巷道內(nèi)濕熱，在張拉螺桿25上設(shè)置獨(dú)特結(jié)構(gòu)的防銹防松螺帽結(jié)構(gòu)27，即使用防護(hù)帽1將螺母28和張拉螺桿25端頭罩住，防護(hù)帽1與墊圈2通過(guò)活動(dòng)嵌件鎖死不會(huì)脫出，從而將起到對(duì)張拉螺桿25和螺母28密封，起到良好的防潮、防銹蝕的作用，并可保證螺母28不會(huì)脫離張拉螺桿25。

本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。