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带包层的可 泵送支护

阅读：297发布：2020-06-03

专利汇可以提供带包层的可泵送支护专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种用于矿井和其他地下矿坑的支护，包括设置为接收可泵送承重材料的柔性可膨胀袋。增强材料设置为在将所述承重材料填充入所述袋时支撑所述袋。所述增强材料可包括安置在所述袋的外部周缘周围的加强板、环、带或桶。或者，所述支护可以由填充有所述承重材料的多个可堆叠桶构成，而没有所述可膨胀袋。所述桶可包括内部增强或包层材料，其沿着所述桶间隔布置来限定受控偏转区。根据另一个设计，所述支护可设计为可伸长的。所述支护运输成本低，可在现场架设，包括具有残余屈服强度的加强结构。本发明还公开了一种支撑矿井或其他地下矿坑的方法。，下面是带包层的可泵送支护专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于矿井和其他地下矿坑的支护，包括：
柔性可膨胀袋，其包括顶部、底部和在所述顶部和所述底部之间延伸的圆柱形侧壁；
进口，其延伸穿过所述顶部和所述侧壁之一，用来接收可泵送承重材料；以及增强材料，其用于在所述袋用所述承重材料填充和膨胀时为所述柔性可膨胀袋提供支承。
2.根据权利要求1所述的支护，其中，所述支护可在矿井和其他地下矿坑内利用所述承重材料膨胀就位。
3.根据权利要求1所述的支护，其中，所述支护提供残余屈服强度。
4.根据权利要求1所述的支护，其中，所述承重材料包括双组分速凝灌浆材料。
5.根据权利要求1所述的支护，其中，所述承重材料包括选自水泥混合物、岩尘、盐、沙子、煤、岩屑及其任意组合构成的群组的填充材料。
6.根据权利要求1所述的支护，其中，所述增强材料位于所述袋的所述圆柱形侧壁附近。
7.根据权利要求6所述的支护，其中，所述增强材料包括选自板、带和加强环构成的群组的包层，并且其中所述包层位于所述袋的所述圆柱形侧壁的外部周缘周围。
8.根据权利要求7所述的支护，其中，所述包层包括至少一个加强板，其用来围绕所述袋的所述圆柱形侧壁的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的支护，其中，所述至少一个加强板包括选自钢、木头、塑料、纤维增强复合材料及其任意组合构成的群组的多个加强板。
10.根据权利要求8所述的支护，其中，所述增强材料还包括包裹所述袋的圆柱形侧壁的外部周缘以保持所述至少一个加强板就位的多个带。
11.根据权利要求10所述的支护，其中，所述带选自钢、塑料、缆绳及其任意组合构成的群组。
12.根据权利要求7所述的支护，其中，所述增强材料包括包裹所述袋的圆柱形侧壁的外部周缘的多个承重带。
13.根据权利要求12所述的支护，其中，所述带选自钢、塑料、缆绳及其任意组合构成的群组。
14.根据权利要求7所述的支护，其中，所述增强材料包括多个可堆叠桶。
15.根据权利要求11所述的支护，其中，所述多个桶包括由固定件固定在一起的55加仑桶，所述固定件选自加强环、带、条及其任意组合构成的群组。
16.一种支撑矿井或其他地下矿坑的方法，包括：
在矿井或地下矿坑的顶板下方安置柔性可膨胀袋，所述柔性可膨胀袋具有顶部、底部和延伸在所述顶部和所述底部之间的圆柱形侧壁；
设置延伸穿过所述柔性可膨胀袋的所述顶部和所述侧壁之一的进口；
经由所述进口注入可泵送承重材料以膨胀所述袋直到所述顶部接触并支撑所述顶板；
以及
提供用来在所述袋用所述承重材料填充和膨胀入时为所述柔性可膨胀袋提供支承的增强材料。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述增强材料选自板、加强带、加强环和桶构成的群组。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述增强材料位于所述袋的所述侧壁的外部周缘周围。
19.一种用于矿井和其他地下矿坑的支护，包括：
至少两个堆叠的圆柱形桶，所述至少两个堆叠的圆柱形桶包括顶部、底部以及延伸在所述顶部和所述底部之间的圆柱形侧壁；
开口，其延伸穿过所述堆叠的圆柱形桶的所述顶部，用来接收承重材料穿过；以及至少一个固定件，其用来固定所述至少两个堆叠的圆柱形桶。
20.一种用于矿井和其他地下矿坑的支护，包括：
至少一个圆柱形构件，其具有顶部、底部和延伸在所述顶部和所述底部之间的圆柱形侧壁；
开口，其延伸穿过所述至少一个圆柱形构件的所述顶部，所述开口设置为在其中接收承重材料；以及
至少两个加强件，其与所述至少一个圆柱形构件相关用于支撑所述圆柱形构件，所述至少两个加强件相对于所述至少一个圆柱形构件的所述侧壁间隔一段距离以限定所述侧壁的受控偏转区，所述受控偏转区设置为在向所述支护应用负载时和/或在所述至少一个圆柱形构件内含的所述承重材料偏移时所述侧壁的受控偏转。
21.根据权利要求20所述的支护，其中，所述至少一个圆柱形构件包括多个可堆叠圆柱形构件，所述至少两个加强件包括多个加强件。
22.根据权利要求21所述的支护，其中，所述多个可堆叠圆柱形构件包括由多个加强件固定在一起的55加仑桶，所述多个加强件至少包括顶部加强件、底部加强件和位于相邻堆叠的桶之间的中间加强件。
23.根据权利要求22所述的支护，其中，所述加强件包括圆柱形内包层件，其定位在所述圆柱形构件的所述侧壁的内表面附近的间隔位置。
24.根据权利要求23所述的支护，其中，所述圆柱形内包层件包括在预制可延伸段中切成的具有相同结构强度的圆柱形桶。
25.根据权利要求20所述的支护，其中，所述支护包括至少两个受控偏转区，并且其中每个受控偏转区能够吸收多达12英寸的偏转。
26.根据权利要求20所述的支护，包括与所述至少一个圆柱形构件的所述顶部相关的屈服环。
27.根据权利要求26所述的支护，其中，所述屈服环包括多个绑扎在一起的单独的承重构件。
28.根据权利要求27所述的支护，其中，所述多个单独的承重构件可根据不同的矿井高度设置尺寸，并能够被填充以获得特定密度。
29.根据权利要求26所述的支护，包括位于所述屈服环和所述至少一个圆柱形构件的所述顶部之间的负荷转移板。
30.一种支撑矿井或其他地下矿坑的方法，包括：
提供具有顶部、底部和延伸在所述顶部和所述底部之间的圆柱形侧壁的至少一个圆柱形构件，所述顶部包括延伸穿过其的开口并设置为在其中接收承重材料；以及将至少两个加强件与所述至少一个圆柱形构件相关以为所述圆柱形构件提供支撑，所述至少两个加强件相对于所述至少一个圆柱形构件的所述侧壁间隔一段距离以限定所述侧壁的受控偏转区，所述受控偏转区设置为在向所述支护应用负荷时和/或在所述至少一个圆柱形构件内含的所述承重材料偏移时所述侧壁的受控偏转。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述至少一个圆柱形构件包括第一桶和第二桶，所述至少两个加强件包括至少三个加强件，其由切割桶而形成顶部加强件、底部加强件和中间加强件，并且其中所述加强件能够用作设置在所述第一桶和所述第二桶的内表面附近的间隔位置的内包层件。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述第一桶和所述第二桶相邻地堆叠，并且其中所述顶部加强件位于所述第一桶的顶部，所述底部加强件位于所述第二桶的底部，所述中间加强件位于相邻堆叠的桶之间。
33.根据权利要求30所述的方法，包括在所述至少一个圆柱形构件的顶部附近安置负荷转移板，在所述负荷转移板附近安置包括多个单独的承重构件的屈服环。
34.一种可伸长矿井顶板支护，包括
容器构件，其具有底部以及从所述底部向上延伸的侧部；
支撑构件，其可动地接收在所述容器构件内；以及
孔，其限定在所述支撑构件内。
35.根据权利要求34所述的可伸长矿井顶板支护，其中，所述容器构件的形状大致为圆柱形。
36.根据权利要求34所述的可伸长矿井顶板支护，其中，所述支撑构件限定接收填料的外壳。
37.根据权利要求36所述的可伸长矿井顶板支护，其中，所述填料是发泡水泥、混凝土或碎尾矿。
38.根据权利要求34所述的可伸长矿井顶板支护，其中，所述孔包括：
第一开口，其沿着所述支撑构件的侧部限定；以及
第二开口，其沿着所述支撑构件的底部限定。
39.根据权利要求34所述的可伸长矿井顶板支护，其中，所述孔的尺寸设置成用于接收材料通过。
40.根据权利要求39所述的可伸长矿井顶板支护，其中，所述材料是沙子、聚氨酯泡沫或豆砾石。
41.一种支撑矿井顶板的方法，所述方法包括以下步骤：
将容器构件设置在矿井顶板下方；
提供尺寸被设置成接收在所述容器构件内的支撑构件，其中，所述支撑构件包括具有第一开口和第二开口的孔；
将所述支撑构件插入所述容器构件中；以及
通过所述第一开口输送材料，其中所述材料经由所述第二开口沉积在所述容器构件中，使得沉积的所述材料促使所述支撑构件接触所述矿井顶板。

说明书全文

带包层的可泵送支护

[0001] 发明背景

[0002] 相关申请的交叉引用

[0003] 本申请基于题为“Pumpable Support with Cladding”的于2010年4月22日提交的美国临时专利申请No.61/326,847，该美国临时专利申请通过引用并入本文。

技术领域

[0004] 本发明整体涉及矿井顶板支护，更具体地，涉及一种可泵送矿井顶板支护，该矿井顶板支护运输费用低，可在现场架设，包括具有残余屈服强度的加强结构。

背景技术

[0005] 在现有技术中，设计和使用了各种各样的顶板支护装置来为矿井顶板提供支撑。深部开采导致矿井内部的物质被移走，在矿井里留下了不同尺寸的没有支撑的空间。这些没有支撑的空间导致了矿井顶板失稳或顶板塌陷。因此，希望为矿井顶板提供支撑来避免、延缓或控制顶板塌陷。

[0006] 在开采/挖掘过程中，长壁防护系统经常用来支撑起顶板。现有的一些系统使用能够调整顶板上的加载点的高度的液压千斤顶。这类系统可以根据来自上方的一定量的压力，利用希望产率的液压流体来进行调整。但是，当负载变得太大的时候，液压千斤顶的加载点会刺穿顶板。这些防护系统通常安置在活跃的采煤工作面上。通常，辅助顶板支护安放在长壁盘区之间的回风巷(tailgate roadway)中，辅助顶板支护用来使回风巷保持打开的状态。来自过去开采的盘区的侧重和来自正活跃的长壁盘区的前邻接重量会挤压回风巷使其关闭，这样会堵住需要将灰尘和煤气运走的气道。

[0007] Frederick的美国专利No.5,308,196公开了现有技术中的另一类矿井顶板支护。具体而言，Frederick的专利公开了一种包括容器和置于容器内的可压缩填料的核心约束矿井顶板支护。安装该顶板支护需要在顶板的基部和顶部使用木质基础材料。该基础材料用于填充顶板支护顶部和矿井顶板之间残留的任何空间。

[0008] 使用木头作为基础材料有很多缺点。例如，使用木头作为基础材料会造成基础材料容易腐烂或以其他方式损坏，久而久之，会降低基础材料的结构完整性和矿井顶板支护安装的整体安全性。另外，由于顶板支护顶部和矿井顶板之间残留的空间是各不相同的，在安装每一个现有技术的矿井顶板支护时都要求相应尺寸的基础材料。每次安装时收集并将使用的基础材料弄成合适的尺寸十分耗时。而且，用来做基础材料的木料相对较贵。另外，事实上，由于木质基础材料不一定可以设计，因此每块木质基础材料的承载力具有固有的不确定性和风险。具体而言，每块木质基础材料会吸收不同大小的压缩力。因此，有必要在每个顶板支护安装时进行有计划的监控，以确保木质基础材料完全安装好，与矿井顶板保持受压接触。之后，可能还需要额外的木质基础材料(例如，楔子)。

[0009] 另一类矿井顶板支护包括罐式支护。这类支护以稳定性和高屈服性而为人所知，每个支护单元可以提供60-200吨的支撑能力。罐式支护在大采高度和强变形的环境中的表现也很好，这种环境里有2-3英尺的底鼓，会使罐子的底部相对于顶板接触点产生很大的侧向位移。图1示出了相对于矿井的顶板12和底板14产生侧向位移的罐式支护10的一个例子。罐式支护有一些缺点。其中一个缺点是罐式支护必须得填隙以建立与顶板的接触，以及由于体积庞大而造成的运输困难，尤其是在下部煤层作业中。通常，用木垛木料为罐式支护填隙；但是，如果没有合理地安装这种较软的木垛木料，会极大地降低支护的刚度和稳定性。罐式支护的另一个缺点是，当超出了某个负载阈值后，罐式支护会刺穿顶板。罐式支护还有一个缺点，就是当侧向位移超过了某个程度后，这种一件式罐式支护会倾倒。

[0010] 还有另一类矿井支护，是MICON，也就是本发明的受让人，于20世纪80年代早期在美国首次开发的，用于应急行动来帮助支撑正在坍塌恶化的长壁工作面回风巷。这种支护包括滑模，经多次提升可泵送材料被从底板填入这些滑模直到顶板。袋的形状有方形、长方形、最终是圆形。图2示出了Heitech(Heintzmann Corporation的一部分)开发的另一类可泵送矿井支护，其中，可泵送承重材料被泵送进悬挂在矿井顶板22的织物袋20中。经过矿井内部的管形构件26和袋20里的开口28来运送可泵送承重材料。织物袋20提供了形成支护的结构，限制了承重材料，但这种可泵送支护在后峰值支撑期间会削减相当多的负荷。因为织物袋20不具备钢制罐式支护的刚度，无法提供足够的限制来阻止这种负荷削减的发生。尽管可以通过几英寸维持高达200吨的剩余负载，但可泵送袋的布置不具备罐式支护的剩余强度。同样的，一旦超过某个负载阈值，可泵送材料会从袋中凸出。

[0011] Degville的美国专利No.6,547,492公开了一种可膨胀式矿井支护，包括可安装在需要地方的提供支撑的钢管，和位于钢管内接收可泵送承重材料的柔性袋。这种布置使得支护具有可调节性，柔性袋可以与不规则的顶板和底板相符合，从而不需要使支护相对于顶板和底板填隙。而且，这种布置允许现场膨胀。但是，这种布置也有与罐式支护一样的缺点，由于其容纳在钢管内，因此，如果受到相当大的负荷，这种布置可能不具有能够避免刺穿顶板所必需的剩余屈服能力。

[0012] Kennedy等的题为“Yieldable Mine Roof Support”的美国专利No.6,394,707公开了一种可伸缩的圆柱形金属容器，填充材料被现场安装在该容器内。这种支护的可伸缩性确保了它与矿井顶板和底板的直接接触，无需使用木垛。这种支护的缺点是，金属圆柱体虽然能提供顶板支护的一半或更多的强度，但并不是从顶板到底板连续的。该支护具有“尺寸过大”的金属圆柱体，当安装填充材料时，尺寸过大的金属圆柱体会从直径较小的金属圆柱体向上滑动。因此，该顶板支护的承载力取决于填充材料的强度。填充材料在减小1英寸后强度达到最大值，且无法从金属圆柱体的竖直压缩得到强度。辅助顶板支护必须可以承受由10英寸及以上的偏转带来的至少100-200吨的负荷。看起来，这种支护无法按地下矿井的需要来应用。

[0013] 支垛要在超过初始压缩量(例如，1英寸)后提供峰值强度(例如，30万磅)，在随后的扩大的压缩范围(例如，1-6英寸)内提供剩余强度(例如，20万磅)。峰值强度、剩余强度和压缩范围的规格是矿井条件、过负荷量、顶板和底板的材料类型等等的函数。采矿工程师根据具体使用环境确定特定的性能标准，支垛必须在所述具体使用环境中从它的弹性到塑性范围起到承重结构的作用。支垛制造商/安装者随后承担起生产和/或安装符合这些性能标准的支垛的工作。因此，本领域需要一种能够满足众多矿井条件，以经济的方式简单/快速地建造和/或定制的矿井支护。

发明内容

[0014] 相应地，本发明提供一种具有足够承重能力的支护，提供残余屈服强度以避免刺入顶板，其运输方便，可利用各种尺寸的部件在现场进行架设和填充，克服了现有技术的很多缺点。本发明还允许快速而经济地建造矿井支护/支垛，来满足因取决于一定的矿井条件而变化很大的一系列性能标准。另外，由于在支护的周缘周围设置了增强材料，降低了对可泵送材料的强度要求。因此，可使用较便宜的可泵送填充材料，强化了本发明的支护的经济性的优点。

[0015] 根据第一方面，本发明公开了一种用于矿井和其他地下矿坑的支护，包括具有顶部、底部以及延伸在顶部和底部之间的圆柱形侧壁的柔性可膨胀或可填充袋。底部可以是根据具体条件而制成的不同尺寸的多重添加部分，具体条件包括矿井开口的高度和预期载荷。用来使可泵送承重材料进入的进口设置为延伸穿过顶部或侧壁的顶部。增强材料用于在柔性可膨胀袋利用承重材料填充和膨胀时支撑该袋。该支护生产成本低，运输方便，可在矿井内架设/填充就位。可泵送承重材料可包括双组分速凝灌浆材料或水泥、岩尘、盐、沙子、煤、岩屑等等的任意组合。增强材料位于所述袋的圆柱形侧壁附近。

[0016] 根据一个实施例，增强材料可以是位于所述袋的圆柱形侧壁的外部周缘周围的包层。包层可以是一个或多个围绕着所述袋的至少一部分圆柱形侧壁的加强板。加强板可由钢、木头、塑料、纤维增强复合材料等的一种或多种组合的材料制成。多个带可设置为包裹所述袋的圆柱形侧壁的外部周缘以保持所述至少一个加强板就位。这些带可由钢、塑料、缆绳或其组合等制成。根据一个设计，增强材料可包括直接包裹着所述袋的圆柱形侧壁的外部周缘的多个承重带(即，没有加强板)。承重带与用于将加强板固定在所述袋的侧壁周围的带相比更厚。承重带也可由钢、塑料、缆绳等和/或其组合制成。

[0017] 在另一个实施例中，增强材料可包括多个可堆叠桶。可堆叠桶可为任意高度，只要它们的直径互相兼容能够堆叠。根据一个设计，所述多个桶可包括由诸如加强环、带、条及其任意组合的固定件固定在一起的55加仑桶。

[0018] 根据另一个方面，本发明公开了一种支撑矿井或其他地下矿坑的方法，包括在矿井或地下矿坑的顶板下方安置柔性可膨胀袋或可填充袋。该柔性可膨胀袋具有顶部、底部和延伸在顶部和底部之间的圆柱形侧壁。进口可设置为延伸穿过柔性可膨胀袋的所述顶部或侧壁的顶部。该方法还包括经由进口注入可泵送承重材料来填充所述袋直到所述顶部接触并支撑顶板，提供用来在袋用承重材料填充和膨胀时支撑所述柔性可膨胀袋的增强材料。增强材料可选自板、加强带和桶等构成的组群。根据一个实施例，增强材料可以是位于所述袋的侧壁的外部周缘周围的包层。

[0019] 根据另一方面，本发明公开了一种用于矿井和其他地下矿坑的支护，包括至少两个堆叠的圆柱形桶，其中，堆叠的圆柱形桶包括顶部、可以是不同尺寸的多重添加部分的底部以及延伸在顶部和底部之间的圆柱形侧壁。用来接收承重材料穿过的开口设置为延伸穿过堆叠的圆柱形桶的顶部。提供至少一个固定件来固定所述至少两个堆叠的圆柱形桶。

[0020] 根据另一方面，本发明公开了一种用于矿井和其他地下矿坑的支护，包括具有顶部、底部和延伸在顶部和底部之间的圆柱形侧壁的至少一个圆柱形构件。设置为接收承重材料的开口延伸穿过所述至少一个圆柱形构件的顶部。至少两个加强件与所述至少一个圆柱形构件相关，用于支撑所述圆柱形构件。所述至少两个加强件相对于所述至少一个圆柱形构件的侧壁间隔一段距离以限定受控偏转区。受控偏转区用于在向施加负荷时和/或在所述至少一个圆柱形构件内含的承重材料偏移后侧壁的受控偏转。根据一个设计，所述至少一个圆柱形构件可包括多个可堆叠圆柱形构件，例如两个彼此堆叠的55加仑桶。根据一个实施例，所述至少两个加强件可包括三个加强件，包括顶部加强件、底部加强件和位于相邻堆叠的桶之间的中间加强件。由于圆柱形构件和/或矿井开口的高度变化，可能还需要额外的多种尺寸的部件。加强件可包括圆柱形内包层件，例如布置在圆柱形构件侧壁的内表面附近的间隔位置处的截面圆柱形的55加仑桶。当使用两个彼此堆叠的55加仑桶时，支护会包括至少两个受控偏转区。根据设计工程师对预期偏转的建议，每个受控偏转区可以吸收若干英寸的偏转。根据一个实施例，受控偏转区可以吸收多达12英寸的偏转。

[0021] 根据另一方面，支护可包括与所述至少一个圆柱形构件的顶部相关的屈服环。该屈服环可包括多个绑扎在一起的单独的承重构件。屈服环可以代替之前使用的木质基础材料来填充顶板支护顶部和矿井顶板之间任何残留的空间。多个单独的承重构件可根据不同的矿井高度定制尺寸，并可以填充以实现特定密度。负荷转移板可位于屈服环和所述至少一个圆柱形构件的顶部之间。

[0022] 根据另一方面，本发明公开了一种支撑矿井或其他地下矿坑的方法。该方法包括提供具有顶部、底部和延伸在顶部和底部之间的圆柱形侧壁的至少一个圆柱形构件。所述顶部包括设置为接收承重材料并穿其而过的开口。该方法还包括将至少两个加强件与所述至少一个圆柱形构件相关以为所述圆柱形构件提供支撑。所述至少两个加强件相对于所述至少一个圆柱形构件的侧壁间隔一段距离以限定侧壁的受控偏转区。所述受控偏转区用于在向支护施加负荷时和/或在所述至少一个圆柱形构件内含的承重材料偏移时侧壁的受控偏转。根据一个设计，所述至少一个圆柱形构件包括第一桶和第二桶，所述至少两个加强件包括至少三个加强件。加强件可由切割桶而形成顶部加强件、底部加强件和中间加强件而形成。所述加强件作为设置在第一桶和第二桶的内表面附近的间隔位置处的内包层件。根据该方法，第一桶和第二桶相邻地彼此堆叠，顶部加强件位于第一桶的顶部，底部加强件位于第二桶的底部，中间加强件位于相邻堆叠的两个桶之间。根据另一方面，负荷转移板可位于所述至少一个圆柱形构件的顶部附近，包括多个单独的承重构件的屈服环可位于所述负荷转移板附近。

[0023] 根据另一方面，本发明公开了一种包括容器构件和可动地接收在容器构件内的支撑构件的可伸长矿井顶板支护。所述容器构件包括底部以及从底部向上延伸的侧部。所述支撑构件的尺寸制作成被接收在容器构件内。所述支撑构件限定接收填料的外壳。示例性填料包括，但不限于，发泡水泥、混凝土、碎尾矿或煤灰等。限定在所述支撑构件内的孔包括沿着支撑构件的侧部限定的第一开口和沿着支撑构件的底部限定的第二开口。所述孔的尺寸制作为接收材料通过，使得输送进第一开口的材料可以经由第二开口沉积在容器构件中，沉积的材料驱使支撑构件接触到矿井顶板。示例性材料包括，但不限于，沙子、聚氨酯泡沫或豆砾石。期望地，所述容器构件和所述支撑构件的形状都大致为圆柱形。

[0024] 根据另一方面，本发明公开了一种支撑矿井顶板的方法，包括将容器构件设置在矿井顶板下方。然后，把支撑构件插入容器构件中。接着，经过孔的第一开口或是从策略性地安置为起相同作用的区域运送材料，使得材料经由第二开口沉积在容器构件中。因此，随着越来越多的材料沉积到容器构件里，支撑构件移动得越来越接近矿井顶板。一旦支撑构件接触到矿井顶板，矿井顶板的重量就由本发明的矿井顶板支护所承担。

[0025] 参考所附附图，本领域技术人员在阅读并理解下面详细的描述后会清楚本发明更多的期望具有的特性。其中，全文相同标号代表相同部件。

附图说明

[0026] 图1是根据现有技术的罐式支护的立体图；

[0027] 图2是根据现有技术的可泵送织物填充支护的立体图；

[0028] 图3A是根据本发明第一个实施例的支护的部分扩大的示意性侧视图；

[0029] 图3B是在组装位置上的图3A的支护的示意性侧视图；

[0030] 图4是根据不同的设计利用承载件的图3A的支护的示意性侧视图；

[0031] 图5A是根据本发明第二个实施例的支护的示意性侧视图；

[0032] 图5B是图5A的支护的局部视图；

[0033] 图5C是沿图5B的C-C线截取的剖视图；

[0034] 图5D是根据修改后的设计的第二个实施例的支护的剖视图；

[0035] 图6是根据不同的设计利用固定件的图5A的支护的侧视图；

[0036] 图7是根据本发明的另一个设计的包括屈服环的图6的支护的侧视图；

[0037] 图7A是图6所示的屈服环的俯视图；

[0038] 图8是根据本发明第三个实施例的可伸长矿井顶板支护的剖视图；

[0039] 图9是图8的矿井顶板支护相对于矿井处于部分安装状态的剖视图；以及[0040] 图10是图8的矿井顶板支护相对于矿井处于完全安装状态的剖视图。

具体实施方式

[0041] 下文中为了进行描述，空间术语或方向术语将涉及本发明在附图中的取向。然而，应该理解，除非明确规定与之相反，本发明可以具有很多可替换的变型。还应该理解，附图中所示的和下文中所描述的具体设备仅仅是本发明的示例性实施例。因此，与本文公开的实施例有关的具体尺寸和其他物理特性不应该被认为是限制性地，除非另有指明。

[0042] 现在参考图3A、图3B、图4和图5A，图3A、图3B、图4和图5A示出了用于矿井和其他地下矿坑中的支护，总体表示为100、200。支护100、200包括柔性可膨胀袋110、210(柔性可膨胀袋210在图5A中用虚线表示)，该柔性可膨胀袋110、210具有：顶部112、212；底部114、214；和延伸在顶部112、212和底部114、214之间的圆柱形侧壁116、216。用来使可泵送承重材料130、230进入的总体表示为120、220的进口设置为延伸穿过顶部112、212或侧壁116、216的顶部122。设置增强材料140、142、150、260用于在用承重材料130、230填充和膨胀所述袋时支撑柔性可膨胀袋110、210。可泵送承重材料130、230可包括如下文详细讨论的双组分速凝灌浆材料。可替换的承重材料包括发泡水泥(例如，FOAMCRETE )、水泥、岩尘、盐、沙子、煤、岩屑等等的任意组合。承重材料130、230也可以是从采矿现场移除的直接充入可膨胀袋110、210中的碎尾矿(即，挖掘出来的废弃的矿井物质)。增强材料140、142、150、260可位于可膨胀袋110、210的圆柱形侧壁116、216的附近。

[0043] 可膨胀袋110、210可由可拉伸材料或不可拉伸材料制成，如无孔织物、聚氯乙烯。其他的适合制作所述袋110、210的材料包括聚酰胺和聚乙烯(例如，低密度聚乙烯，厚度大致最小为5密耳，优选7-15密耳)。使用聚酰胺作为袋材料使得可使用较薄的片材，大约最小为2.5密耳，优选3-5密耳。还有一类可作为所述袋110、210的材料，包括MSHA(矿井安全及健康管理局)批准的黄麻，这种黄麻沿相反方向编制成结实的带状织物，以在挂在矿井顶板时协助其自支撑作用以处理被泵送到它们的液体或固体材料。所述袋也可制成符合现场现有的木垛的内部大小，通过把所述袋滑入木垛内并填充至矿井顶板以增加可膨胀袋的强度。这种方法能够防止木垛结构滚动或移动。所述袋必须能够承受因为引入可泵送承重材料而引起的超大气压力。在填充入承重材料后，可膨胀袋110、210可以与矿井顶板和矿井底板相吻合，无需木料支撑或其他类型的支撑。

[0044] 本发明的可膨胀袋110、210的顶部112、212可包括根据预期开采条件确定加入可膨胀袋110、210基底或可膨胀袋110、210底部114、214的橡胶材料，用来形成具有扩张直径的基础(例如，象型基础)。在发生极度重量转移时，该扩径基础将帮助稳定支护，使可膨胀袋110、210的主要部分不受损害以完成其预期工作，并形成更加稳定的不会穿入矿井顶板或底板的单元。

[0045] 如上所述，可使用的承重材料的一个例子是可凝固材料，如水泥基灌浆材料。合适的灌浆材料包括美国肯塔基州乔治敦的MinovaUSA公司的TekCem 牌和TekBent 牌。灌浆材料可为现有技术所知的高产率高含水量灌浆材料，例如，水粉重量比为1∶1至4∶1。灌浆材料可以是速凝灌浆材料，如水泥浆的各种混合物。

[0046] 可以理解，利用位于可膨胀袋110、210周缘周围的增加强度的增强材料140、142、150、260可使承重材料130、230的强度特性的重要性降低。因此，可以用较便宜的承重或填充材料130、230来替代以前使用的昂贵的可泵送材料。但是，在考虑用于支护100、200的增强材料的数量、尺寸和类型时，必须也要考虑特定填料或支撑材料的结构特性和/或岩土力学特性，以使支护能满足特定的性能标准。

[0047] 根据图3A和图3B示出的一个设计，增强材料140、142可以是形式为一个或多个加强板140的包层，加强板140位于所述袋110的圆柱形侧壁116的外部周缘的周围并包围该外部周缘。加强板140可由钢、木头、塑料、纤维增强复合材料等的一种或多种组成的材料制成。多个带142可设置为围绕所述袋110的圆柱形侧壁116的外部周缘缠绕以保持所述至少一个加强板140就位。所述带142可由钢、塑料、缆绳或其组合等制成。可用于本发明的带的例子包括钢带、尼龙缆绳、塑料束线带和其他类似的拴系/绑扎材料。

[0048] 在图4示出的一个修改后的设计中，增强材料可包括直接围绕所述袋110的圆柱形侧壁116的外部周缘缠绕的多个承重带150。在这个设计中，去除了加强板140。与上文讨论的图3A和图3B示出的实施例中的用于将板140保持在圆柱形侧壁116周围的带142相比，这个设计中的带150更厚。所述带可由钢、塑料、缆绳等制成，只要它们有足够的强度来加强支护100。可用于本发明的带的例子包括钢带、尼龙缆绳、塑料束线带和其他类似的拴系/绑扎材料。为满足特定性能标准，所述带的数量、尺寸和材料构成的选择要基于广泛的实验室测试和分析所研究出的经验公式。

[0049] 矿井条件会在安装支护后变坏增加了支护和/或支垛的设计复杂性。在本发明以前，这些变坏条件需要在那些“问题”区域安装额外的支护。本发明的设计灵活性允许利用额外的包层材料来加强已经就位的支护(即，在支护100周围使用额外的板140和/或加强带150)。

[0050] 图5A、图5B和图5C示出了另一个实施例的总体表示为200的支护，其中，增强材料可包括多个可堆叠桶260，可堆叠桶260包括用于收纳可泵送承重材料230的袋210。可堆叠桶260可为任意高度，只要它们的直径互相兼容能够互相堆叠。根据一个设计，多个桶260可包括由固定件262固定在一起的55-加仑桶(通常直径为2英尺，高度为3英尺)，固定件262为诸如加强环、带、条或其任意组合。固定件262可为内环或外环。图5C示出了外环262的剖视图，其中，外环是T形的，包括用来与桶260的外表面266接触的横向部分264和延伸在底面268和配合桶260的顶面269之间并分别与底面268和顶面269接触的延伸部分265。图5D示出了可替代的内环设计，其中，横向部分264可与桶260的内表面
267接触。

[0051] 可以理解，桶260可以在没有袋210的情况下使用，可预先填充诸如发泡水泥的轻质支撑材料。尤其是当桶260被制成大约1英尺高的尺寸时，很容易把预先填充好的桶260运进地下矿井，利用固定件262在指定位置堆叠起来形成矿井顶板支护。

[0052] 继续参考图3A、图3B、图4和图5A，根据另一个方面，本发明公开了一种支撑矿井或其他地下矿坑的方法，包括在矿井或地下矿坑的顶板下方安置柔性可膨胀袋110、210。该柔性可膨胀袋110、210具有：顶部112、212；底部114、214；和延伸在顶部112、212和底部114、214之间的圆柱形侧壁116、216。进口120、220可设置为延伸穿过柔性可膨胀袋110，
210的顶部112、212或侧壁116、216的顶部122、222。该方法还包括经由进口120、220注入可泵送承重材料130、230使所述袋110、210膨胀，直到顶部112、212接触并支撑矿井顶板，以及提供用来在袋利用承重材料130、230填充和膨胀时支撑柔性可膨胀袋110、210的增强材料140、142、150、260。增强材料可选自板/带140、142，加强带150和桶260等组成的组群。根据图3A和图3B示出的一个实施例，该增强材料可以是位于所述袋110的侧壁
116的外部周缘周围的包层。

[0053] 现在参考图6和图7，图6和图7示出了使用如图5A所示的圆柱形构件或可堆叠桶260的支护200的一个修改后的设计。这类支护200可以承受高达200多吨的力，填充简单，生产成本低，且具有高屈服性能。可以理解，取决于矿井开口的高度，可以使用任意数量的圆柱形构件或桶260。例如，在薄煤层开采中，可使用单个圆柱形构件或桶260。至少一个圆柱形构件或桶260具有顶部272、底部273和延伸在顶部272和底部273之间的圆柱形侧壁274。总体表示为275的开口延伸穿过该至少一个圆柱形构件260的顶部272。开口275设置为接收用泵232送进的承重材料230。通气孔或端口234设置为用来在将承重材料230填充入圆柱形构件260时使空气排出。至少两个加强件(总体表示为)276与所述至少一个圆柱形构件或桶260相关以支撑圆柱形构件或桶260。所述至少两个加强件276相对于所述至少一个圆柱形构件或桶260的圆柱形侧壁274间隔一段距离以限定受控偏转区“D”。受控偏转区“D”用于在向支护200施加负荷时和/或在所述至少一个圆柱形构件200内含的承重材料230偏移时在该区“D”内的侧壁274的部分的受控偏转。

[0054] 在图6、图7和图7A示出的一个设计中，所述至少一个圆柱形构件或桶260包括第一桶260a和第二桶260b。根据一个设计，所述至少一个圆柱形构件可包括多个可堆叠圆柱形构件260，例如，两个彼此堆叠的55加仑桶。这种桶260通常包括顶部焊接边缘或凸边284a和底部焊接边缘或凸边284b。轧制或成型的部分(经常指桶肋284c)可沿桶260的侧壁274设置。可以理解，这些桶260可以是新桶，或是再利用或翻新的。每个桶260的顶和底可以去除掉使得这些桶可以堆叠并且可以接收加强件276。已发现，用于55加仑桶中的钢的韧性在失效前可拉伸显著的量。钢的这种拉伸能力使得桶皮在受压时可在受控偏转区“D”内垂直折叠和/或鼓起而不会撕裂或断裂。这种“折叠”现象可导致三壁的厚度，从而增加了额外的横向强度，同时有助于渐进屈服，使得同一作用导致既屈服减少又增强。尽管上文详细描述了55加仑桶的应用，可以理解，由各种强度材料或钢制成的桶或圆柱形构件都可以使用，只要这些材料具有足够的强度和屈服特性，足以在预定负荷下支撑矿井顶板。

[0055] 所述至少两个加强件276可包括至少三个加强件，如顶部加强件276a、底部加强件276b和位于相邻堆叠的圆柱形构件或桶260之间的中间加强件276c。加强件276a、276b、276c可包括圆柱形内包层件，例如可通过将圆柱形55加仑桶切开制成具有完整顶部边缘或顶部凸边286a的顶部加强件276a、具有完整底部边缘或底部凸边286b的底部加强件276b以及具有中间肋部286c的中间加强件276c形成的内包层件。加强件276a、276b、
276c定位在圆柱形构件或桶260的侧壁274的内表面278附近的间隔位置。如图6所示，顶部加强件276a可位于第一桶260a内，使得顶部边缘或顶部凸边286a毗连桶260a的顶部边缘或凸边284a。另外，底部加强件276b可位于第二桶260b内，使得底部边缘或底部凸边286b毗连桶260b的底部边缘或凸边284b。这些毗连的边缘或凸边为整个支护结构200的顶部和底部提供了双重支撑。中间加强件276c可位于第一桶260a和第二桶260b之间，使得中间肋部286c位于第一桶260a的底部凸边284b和第二桶260b的顶部凸边284a之间并毗连底部凸边284b和顶部凸边284a，使这个位置得到三重支撑。由于圆柱形构件或桶260和加强件276都由55加仑桶构成并因此直径相同，因此加强件276在圆柱形构件或桶260内形成紧密配合。可以理解，被切开的圆柱形55加仑桶可以是新桶，或是再利用或翻新的桶。

[0056] 在包括两个彼此堆叠的55加仑桶的设计中，支护会包括至少两个受控偏转区“D”。每个受控偏转区“D”可以吸收若干英寸的偏转，这取决于设计工程师对预期偏转的建议。根据一个设计，受控偏转区可以吸收多达12英寸的偏转。受控偏转区“D”设计为使得在受控偏转区内的桶260的圆柱形侧壁274可以自身折叠或起皱，或者可以向外伸展或鼓起，这取决于填充材料230在受到负荷时会不会转移、移动、压实和/或粉碎。可以理解，在一类设计中，单个加强件276可设置在圆柱形构件或桶260的顶部或底部内。

[0057] 根据另一个方面，支护200可包括与至少一个圆柱形构件260的顶部272相关的屈服环，总体表示为290。屈服环290可包括多个绑扎在一起的单独的承重构件292。根据一个实施例，单独的承重构件292可包括被单个带294捆绑在一起的多达七个构件，从而可以承受采矿环境中的负荷和状况，带294可由诸如复合材料、金属、弹性材料等任何已知材料制成。这个特殊设计为支护200提供了七个额外的“加强层(skin)”。单独的承重构件292可同圆柱形构件或桶260一样，接收同样类型的增强材料230。屈服环290可以代替之前使用的木质基础材料使用，来填充顶板支护顶部272和矿井顶板之间残留的空间。多个单独的承重构件292可根据不同的矿井高度定做尺寸，并可以填充各种填充材料230来获得特定密度。诸如钢制外层的负荷转移板296可位于屈服环290和至少一个圆柱形构件或桶260的顶部272之间。

[0058] 本发明的支护100、200具有很多优点，如生产成本低、运输方便、可在矿井内现场架设和/或膨胀。

[0059] 可以理解，矿井顶板支护100、200可以在远离矿井的地方或在现场组装，或以两者组合的方式组装。在现场填充可膨胀袋110、210或支护构件100、200本身可以避免由在远离矿井的地方预填每个矿井顶板支护100、200通常必要的昂贵繁重的货物仓储设施。

[0060] 现在参考图8-图10示出的根据应用在矿井环境中的本发明的第三个实施例的可伸长矿井顶板支护300。矿井顶板支护300包括容器构件312和支撑构件314。

[0061] 容器构件312包括底部316。侧部318大致从底部316向上延伸。侧部318限定了尺寸允许在其内容纳至少一部分支撑构件314的开口320。期望地，容器构件312的形状大致是圆柱形，但也可体现为其他形状。例如，底部316可以是大体上为圆形的基座，侧部318是沿着圆形基座的外部边缘设置的弯曲的壁。可以理解，容器构件312可以是整体结构或多部件结构。容器构件312的示例性高度是大约3英尺。期望地，容器构件312由相对刚性的或其他合适的材料构成，包括，但不限于钢。容器构件312的底部316的轮廓可成形为或适于对应矿井底板的具体坡度或坡度变化。

[0062] 例如，可获得大致为长方形的钢板。之后，用机器轧制钢板部分，使得钢板的相对的最远端聚合在一起形成环，即从而形成容器构件312的侧部318。接着相对的端部可被焊接在一起形成气密焊缝。然后，可获得直径大致上与侧部318的直径对应的大致为圆形的钢板部分，用来作为容器构件312的底部316。随后形成气密焊缝把侧部318固定到底部316。于是，建造成一个示范性实施例的容器构件312。可以理解，上述建造容器构件312的步骤仅为示范。因此，本领域技术人员应该理解，为建造具有不同形状、规格和/或材料的其他合适的容器构件，对上述建造步骤进行修改或变化是必要的。

[0063] 在一个期望的实施例中，支撑构件314限定具有主体322的外壳，顶部324和底部326分别设置在主体322的远端。期望地，支撑构件314大体为空心的，用来在其中接收填料328。因此，可以理解，支撑构件314可包括用来将填料328引入支撑构件314的适合的开口或端口(未在图中显示)。或者，支撑构件314可部分是实体的，或完全为实体的。因此，部分是实体的支撑构件314要比大体上为空心的支撑结构314容纳较少的填料328。可以理解，支撑结构314的内部结构可以采用各种构造。示例性、非限制性的填料328包括发泡水泥(例如FOAMCRETE )、混凝土、聚氨酯或碎尾矿(即，挖掘出来的不要的矿井物质)。
在图8示出的期望的实施例中，支撑构件314包括限定在其内的孔330。孔330包括沿着支撑构件314的侧部334限定的第一开口332和沿着支撑构件314的底部326限定的第二开口336。如图9和图10所示，孔330适于接收材料338通过。例如，孔330可为直径大约为
0.5英寸-1英寸的塑料管。孔330可以任何合适的结构穿过填料328。或者，孔330可位于容器构件312的侧部318内。

[0064] 期望地，支撑构件314的形状大致对应容器构件312的形状。例如，容器构件312和支撑构件314大致都为圆柱形，但是，可以理解，支撑构件314也可体现为其他形状。例如，就圆柱形形状而言，顶部324和底部326可以大致为圆形基座。期望地，可以弯曲8英尺×8英尺的16号冷轧钢板材，使板材的两个相对端会合形成支撑构件314的主体322。然后，把顶部324和底部326附接到主体的相应远端。可以理解，支撑构件314可以是整体结构或多部件结构。期望地，支撑构件314由相对刚性的或其他合适的材料构成，包括，但不限于，钢。支撑构件314的顶部324的轮廓可成形为或适于对应矿井顶板的具体坡度或坡度变化。

[0065] 支撑构件314的高度可以大于容器构件312的高度。例如，支撑构件314的一个期望的高度是8英尺，相比于容器构件312的3英尺的高度。因此，当支撑构件314插入容器构件312时，支撑构件314延伸超出容器构件312的开口320。在8英尺×8英尺的钢板材的示例性使用中，支撑构件314的主体322的直径大约为30英寸。支撑构件314的直径，或其最宽部分的宽度小于容器构件312的直径或宽度。因此，在主体322的直径是30英寸的情况下，容器构件312的直径可为大于30英寸的任意值。期望地，直径变化仅在侧部318和侧部334之间存在最小的充分间隙的程度上有所不同。

[0066] 下面讨论根据本发明的期望的实施例的矿井顶板支护300的运作。继续参考图8，矿井顶板支护300用在具有矿井顶板342和矿井底板344的矿井340中，如图9和图10所示。在期望的实施例中，容器构件312位于矿井底板344上，在矿井顶板342下方。然后，把支撑构件314插入容器构件312中。软管346或合适的等同物被连接至孔330的第一开口332。加压机(未显示)与软管346连接，操作时把材料338引入孔330。可以理解，任何适合的配置为将固体带至空气腔的机器都可以使用。例如，将一股气流送入材料338的容器，使得夹带材料338的气流从容器中排出。材料338被输送通过孔330，使得材料经由第二开口336沉积在容器构件312里。因此，随着越来越多的材料338沉积到容器构件312里，支撑构件314移动得越来越接近矿井顶板342。具体地，材料338推着底部326使支撑构件314在容器构件312向上位移。材料338的一个示例性量是至少2英尺。但是，可以理解，基于支撑构件314的顶部324与矿井顶板342之间的空穴的距离，支撑构件314的上升高度有所不同。其他决定上升高度的因素包括，但不限于，容器构件312的高度、材料338的类型以及矿井顶板支护300要支撑的重量的量。已经确定的是，支撑构件314需要相当于小至1.6磅/平方英寸(PSI)的力来上升，其上升大约需要1秒钟即可完成。一旦支撑构件314的顶部324接触到矿井顶板342，矿井顶板342的重量就会分布在矿井顶板支护300上，并由矿井顶板支护300承担。在矿井顶板342不平坦的情况下，可把楔子(未显示)引入顶部324和矿井顶板342之间以获得大体上平整的接触面。但是，可以理解，楔子并不是像现有技术中的那样用来支撑矿井顶板342的重量。安装完矿井顶板支护300后，可将软管346移走，密封孔330的第一开口332。

[0067] 在本发明的可替换的实施例中，支撑构件314可大致上仅靠空气上升，所以材料338仅在支撑构件314上升后被引入容器构件312中。还可以想象的是，本发明可以改变为主要靠液压或气压操作的可伸缩矿井顶板支护。相应地，材料338可分别被水或空气替代。

[0068] 在某些应用中，在底部326的底面(面向材料338)设置图案或其他表面纹理是有益的。底部326底面上的表面纹理可在填充容器构件312时加强被空气带入的材料338的填充和分散。表面纹理可形成在底部326的材料里(在钢里)，或是作为单独的层施加，例如一层图案化或粗化的发泡混凝土。

[0069] 可以理解，矿井顶板支护300可以在远离矿井的地方或在现场组装，或以两者组合的方式组装。例如，在利用矿井尾矿作为支撑构件314的填料328的情况下，矿井顶板支护300可在距离矿井340相对近的区域构建，因为在那里可以找到矿井尾矿。现场填充支撑构件314可以避免由在远离矿井的地方预填每个矿井顶板支护300通常必须的昂贵繁重的货物仓储设施。

[0070] 可以理解，上面公开的所有支护都可以设计为用于低受限空间或是高扩张区域。圆柱体的大小并不仅限于一种尺寸，可以尺寸可设置成借助直径较小具有特定图案的用于所设计支护的多个单元，和/或单独用于所需设计支护的适当区域的直径较大的单元，以提供适当的支撑。

[0071] 已参考期望的实施例对本发明进行了描述。其他人在阅读并理解上述具体描述后可能会对本发明做出改变和替换。本发明意欲被解释为包括所有这种改变和替换，只要这些改变和替换是在所附权利要求或等同内容的范围内做出的。

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