实时测压的自适应辅助接顶充填机构及其控制方法 |
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| 申请号 | CN202410203501.3 | 申请日 | 2024-02-23 | 公开(公告)号 | CN118049270A | 公开(公告)日 | 2024-05-17 |
| 申请人 | 中煤科工开采研究院有限公司; 煤炭科学研究总院; 天地(榆林)开采工程技术有限公司; | 发明人 | 胡滨; 张剑; 范鹏昊; 李立; 王滨; 刘永强; 仲满川; 刘宇昂; 崔林军; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构及其控制方法，属于矿山装备技术领域。辅助接顶充填机构包括：充填承压主体机构，内部开设有注入空间，所述充填承压主体机构能够进行压缩和伸展；浆体灌注快速插接机构，设置于所述充填承压主体机构上，并与所述注入空间连通；接顶压 力 监测机构，设置于所述充填承压主体机构上，用于监测所述充填承压主体机构受到的压力。通过 螺旋 弹簧 配合囊体构成的充填承压主体机构能够实现自由伸缩扩展，在压缩状态时放置于 指定 充填空间 位置 ，在带压充填 浆液 作用下，囊体沿着 螺旋弹簧 轴线方向产生伸展实现主动、全面接顶，此时内部作为承载骨架的螺旋弹簧随之产生有限 变形 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 实时测压的自适应辅助接顶充填机构及其控制方法技术领域[0001] 本发明涉及矿山装备技术领域，尤其涉及一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构及其控制方法。 背景技术[0002] 沿空留巷技术就是沿着采空区的边缘在原巷道位置进行保留，采用一定的技术手段对采煤工作面后沿采空区边缘维护原回采巷道。沿空留巷技术对传统采矿中保安煤柱进行回收，并将上一区段的巷道重新支护，供下一区段使用，在最大限度回收资源的同时，降低了煤体的损失率。 [0005] 土工帆布袋充填：帆布袋充填的巷旁支护体在带压充填中，充填口与充填管路连接处使用铁丝绑扎，易发生逆流漏浆，导致接顶承压不足，且支设充填袋体步骤繁多、受力不均，成型后的巷旁支护体可能出现破裂压垮事故； [0007] 目前，现有沿空留巷充填施工中仍存在着成型后巷旁支护体接顶部位成型差、强度低，灌浆口易返浆漏浆，导致接顶不严、受力不均且难以实现压力的监测。 发明内容[0008] 本发明提供一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构及其控制方法，用以解决现有技术中沿空留巷充填施工中仍存在着成型后巷旁支护体接顶部位成型差、强度低，灌浆口易返浆漏浆，导致接顶不严、受力不均且难以实现压力监测的问题。 [0009] 本发明提供一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构，包括： [0010] 充填承压主体机构，内部开设有注入空间，所述充填承压主体机构能够进行压缩和伸展； [0011] 浆体灌注快速插接机构，设置于所述充填承压主体机构上，并与所述注入空间连通； [0012] 接顶压力监测机构，设置于所述充填承压主体机构上，用于监测所述充填承压主体机构受到的压力。 [0013] 根据本发明提供的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构，所述充填承压主体机构包括囊体，所述囊体内部设有所述注入空间，所述注入空间内设置有限位机构，使得所述囊体能够沿第一方向进行压缩和伸展，同时限制所述囊体沿第二方向的压缩和伸展，所述第一方向与所述第二方向垂直。 [0014] 根据本发明提供的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构，所述限位机构包括螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的轴线与所述第一方向平行，所述螺旋弹簧的两端部分别与所述注入空间在所述第一方向上的两个侧壁连接，所述螺旋弹簧的外周与所述注入空间在所述第二方向上的侧壁连接。 [0015] 根据本发明提供的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构，所述接顶压力监测机构设置于所述囊体在所述第一方向的一外侧壁上，用于监测所述充填承压主体机构受到的来自所述第一方向的压力。 [0016] 根据本发明提供的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构，所述接顶压力监测机构包括橡胶板、压力传感器和压力数显表，所述橡胶板设置于所述囊体的外侧壁上，所述橡胶板的内部设置有空腔，所述压力传感器设置于所述空腔内，所述压力数显表位于所述橡胶板外部且与所述压力传感器连接。 [0017] 根据本发明提供的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构，所述囊体在所述第二方向的侧壁上开设有通孔，所述通孔内设置有排气机构，所述排气机构设置在所述囊体靠近所述接顶压力监测机构的一侧。 [0018] 根据本发明提供的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构，所述排气机构包括排气膜片，所述排气膜片设置于所述通孔内。 [0019] 根据本发明提供的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构，所述浆体灌注快速插接机构设置于所述囊体在所述第二方向的侧壁上，所述浆体灌注快速插接机构设置在所述囊体靠近所述接顶压力监测机构的一侧； [0020] 所述浆体灌注快速插接机构包括注浆管、逆止阀和卡扣式快速接头，所述注浆管的一端与所述注入空间相通，所述注浆管的另一端位于所述囊体外部且与所述卡扣式快速接头连接，所述注浆管内设置有所述逆止阀。 [0021] 根据本发明提供的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构，还包括辅助吊装机构，所述辅助吊装机构设置于所述囊体在所述第二方向的外侧壁上，且所述辅助吊装机构设置在靠近所述接顶压力监测机构的一侧； [0022] 所述辅助吊装机构包括多个挂钩，多个挂钩分布在所述囊体在第二方向的侧壁上。 [0023] 如上所述的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构的控制方法，包括如下步骤： [0024] 将所述充填承压主体机构放置于已砌筑完成的巷旁支护体上部，通过辅助吊装机构将所述充填承压主体机构吊挂在顶板金属网上； [0025] 将泵站的注浆管路与所述浆体灌注快速插接机构对接，启动泵站对所述充填承压主体机构内部进行带压充填浆液，直至所述充填承压主体机构与顶板金属网充分接顶且充填压力值符合要求，停止泵站，拆除注浆管路； [0026] 待充填浆液凝固后，通过所述接顶压力监测机构实时监测所述充填承压主体机构与围岩体之间的压力大小。 [0027] 本发明提供的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构及其控制方法，通过螺旋弹簧配合囊体构成的充填承压主体机构能够实现自由伸缩扩展，在压缩状态时放置于指定充填空间位置，在带压充填浆液作用下，囊体沿着螺旋弹簧轴线方向产生伸展实现主动、全面接顶，此时内部作为承载骨架的螺旋弹簧随之产生有限变形，囊体在螺旋弹簧径向方向上为适应浆液流动而产生有限膨胀，同时囊体材料自身属性又产生相对径向约束，防止囊体破裂，带压充填过程中配合上部排气膜片排除充填机构内的气体，使充填浆体充分流动，实现充填囊体的快速充分接顶。同时在充填机构顶部设置接顶压力监测机构，实时监测充填体与顶板接触过程中的压力变化情况。充填浆液凝固后，螺旋弹簧作为巷旁支护体接顶机构的加固筋，进一步加强了整个充填承压主体机构的强度，全面接顶后，接顶压力监测机构的受力均匀，便于后期的压力监测。附图说明 [0028] 为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0029] 图1是本发明提供的实时测压的自适应辅助接顶充填机构的外部结构示意图； [0030] 图2是囊体与螺旋弹簧连接透视图； [0031] 图3是本发明提供的实时测压的自适应辅助接顶充填机构的侧面剖视结构示意图。 [0032] 附图标记： [0033] 100、充填承压主体机构；101、囊体；102、螺旋弹簧； [0034] 103、排气膜片； [0035] 200、浆体灌注快速插接机构；201、注浆管；202、逆止阀； [0036] 203、卡扣式快速接头； [0037] 300、接顶压力监测机构；301、橡胶板；302、压力传感器； [0038] 303、压力数显表； [0039] 400、辅助吊装机构。 具体实施方式[0040] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0041] 下面结合图1‑图3描述本发明的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构及其控制方法。 [0042] 一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构，包括：充填承压主体机构100、浆体灌注快速插接机构200、接顶压力监测机构300和辅助吊装机构400。 [0043] 充填承压主体机构100内部开设有注入空间，充填承压主体机构100能够进行压缩和伸展； [0044] 具体地，充填承压主体机构100包括囊体101，囊体101内部设有注入空间，注入空间内设置有限位机构，使得囊体101能够沿第一方向进行压缩和伸展，同时限制囊体101沿第二方向的压缩和伸展，第一方向与第二方向垂直； [0045] 限位机构包括螺旋弹簧102，螺旋弹簧102的轴线与第一方向平行，螺旋弹簧102的两端部分别与注入空间在第一方向上的两个侧壁连接，螺旋弹簧102的外周与注入空间在第二方向上的侧壁连接； [0046] 在本实施例中，需要囊体101在竖直方向上进行压缩和伸展，以实现和顶板金属网的充分接顶，同时尽可能限制囊体101的侧壁在水平方向上的压缩和伸展，以增强囊体101注浆之后的巷旁支护体径向力；因此，本实施例中的第一方向为竖直方向，第二方向为水平方向；在其他实施例中，第一方向可以是其他方向； [0047] 为了满足前述的囊体101的作用，在本实施例中，囊体101的材质为硫化橡胶且囊体101的形状优选为长方体结构，同时，螺旋弹簧102优选为金属材质的矩形弹簧骨架结构，矩形弹簧骨架结构的两个端部与长方体结构的上下两个内壁连接，矩形弹簧骨架结构的外侧与长方体结构的四个侧壁连接；在此结构下，使得囊体101能够在外力作用下沿第一方向进行压缩和伸展，而在第二方向上，由于螺旋弹簧102的存在，限制了囊体101的压缩和伸展； [0048] 囊体101在第二方向的侧壁上开设有通孔，通孔内设置有排气机构，排气机构设置在囊体101靠近接顶压力监测机构300的一侧；具体地，排气机构包括排气膜片103，排气膜片103设置于通孔内，即，排气膜片103设置在囊体101靠近顶部端面的侧壁上。 [0049] 浆体灌注快速插接机构200设置于充填承压主体机构100上，并与注入空间连通； [0050] 具体地，浆体灌注快速插接机构200设置于囊体101在第二方向的侧壁上，浆体灌注快速插接机构200设置在囊体101靠近接顶压力监测机构300的一侧；即，浆体灌注快速插接机构200设置在囊体101靠近顶部端面的侧壁上； [0051] 浆体灌注快速插接机构200包括注浆管201、逆止阀202和卡扣式快速接头203，注浆管201的一端与注入空间相通，注浆管201的另一端位于囊体101外部且与卡扣式快速接头203连接，注浆管201内设置有逆止阀202；注浆管201优选为高压注浆管以满足带压注浆的强度要求。 [0052] 接顶压力监测机构300设置于充填承压主体机构100上，用于监测充填承压主体机构100受到的压力； [0053] 具体地，接顶压力监测机构300设置于囊体101在第一方向的一外侧壁上，用于监测充填承压主体机构100受到的来自第一方向的压力；即，接顶压力监测机构300设置于囊体101的顶部端面； [0054] 接顶压力监测机构300包括橡胶板301、压力传感器302和压力数显表303，橡胶板301设置于囊体101的外侧壁上，橡胶板301的内部设置有空腔，压力传感器302设置于空腔内，压力数显表303位于橡胶板301外部且与压力传感器302连接； [0055] 在本实施例中，为了承受高强度的接顶压力，橡胶板301优选为高强橡胶板，压力传感器302优选为无线压力传感器。 [0056] 辅助吊装机构400设置于囊体101在第二方向的外侧壁上，且辅助吊装机构400设置在靠近接顶压力监测机构300的一侧；即，辅助吊装机构400设置在囊体101靠近顶部端面的侧壁上，方便将囊体101吊装在顶板金属网下侧； [0057] 在本实施例中，辅助吊装机构400包括多个挂钩，多个挂钩分布在囊体101在第二方向的侧壁上。 [0058] 如上的一种实时测压的自适应辅助接顶充填机构的控制方法，包括如下步骤： [0059] 将充填承压主体机构100放置于已砌筑完成的巷旁支护体上部，通过辅助吊装机构400将充填承压主体机构100吊挂在顶板金属网上； [0060] 巷旁支护体上部与顶板金属网之间预留一定的接顶高度，根据接顶高度的大小，来合理设计囊体101和螺旋弹簧102的尺寸，在自由状态下，囊体101的高度跟接顶高度差不多即可，可以略微大于、略微小于或者等于接顶高度；在本实施例中，优选为自由状态下囊体101长度500mm、宽度300mm、高度160mm，囊体101自由状态下的高度小于接顶高度； [0061] 具体地，在将囊体101放在巷旁支护体上部时，先将囊体101沿第一方向稍微压缩一定程度，以方便置入接顶位置，待囊体101自由伸展后，通过囊体101上边缘侧面的挂钩，将囊体101吊挂在顶板金属网上，固定好囊体101的安置位置。 [0062] 将泵站的注浆管路与浆体灌注快速插接机构200对接，启动泵站对充填承压主体机构100内部进行带压充填浆液，直至充填承压主体机构100与顶板金属网充分接顶且充填压力值符合要求，停止泵站，拆除注浆管路； [0063] 具体地，将泵站的注浆管路与卡扣式快速接头203对接，启动泵站对囊体101内部进行带压充填浆液，此时囊体101沿着第一方向伸展，内部作为承载骨架的螺旋弹簧102随之产生有限变形，囊体101内部的空气在带压充填浆液过程中，从排气膜片103处排出，排气膜片103由超强度的帆布，两面挂天然橡胶硫化后经粘合而成，排气膜片103实现带压充填过程中及时排除囊体101内部空气，且不会外溢充填浆液，保证囊体101能接实顶板； [0064] 在带压充填浆液过程中，囊体101内部的浆液会越来越多，浆液会不断沿着第一方向从内部挤压囊体101，囊体101顶部进一步挤压接顶压力监测机构300，使接顶压力监测机构300的顶部面与顶板金属网充分接顶，即使顶板金属网的表面是凹凸不平的，在浆液流体的挤压下，接顶压力监测机构300的橡胶板301仍能够与顶板金属网的凹凸面充分贴合，实现充分接顶，达到自适应辅助接顶的效果；当压力传感器302监测到的充填压力值与泵站的充填压力值一致时，代表橡胶板301与顶板金属网已经接实，两者之间不存在缝隙，同时也意味着囊体101的底部与巷旁支护体上部接实，即可停止泵站，泵站停止工作后，注浆管201内的逆止阀202能够避免浆液逆流，实现带压注浆充填过程随时停止；泵站的充填压力值一般为3MPa‑6MPa，可根据实际情况合理选择。 [0065] 待充填浆液凝固后，通过接顶压力监测机构300实时监测充填承压主体机构100与围岩体之间的压力大小； [0066] 具体地，待充填浆液完全凝固后，可将浆体灌注快速插接机构200拆除，此时螺旋弹簧102作为巷旁支护体接顶机构的加固筋，进一步加强了整个充填承压主体机构100的强度，全面接顶后接顶压力监测机构300的受力均匀，压力传感器302监测到的压力数据可以通过压力数显表303显示，可以在巷道内设置中控基站负责收集、传输监测数据，通过监测数据分析巷旁支护体在工作面推采过程中承压变化情况，为料浆材料配比、方案优化提供数据支撑。 [0067] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 |
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