[发明专利]一种用于无煤柱自成巷的立体分级挡矸阻气装置与方法

权利要求书

1.一种用于无煤柱自成巷的立体分级挡矸阻气装置，其特征在于，包括阻气材料及依次连接的分级挡矸单元；分级挡矸单元包括网状的一级挡矸机构（4）与网状的二级挡矸机构（6），一级挡矸机构（4）的网孔大于二级挡矸机构（6）的网孔，一级挡矸机构位于采空区紧邻冒落矸石，二级挡矸机构位于巷道一侧；一级挡矸机构（4）与二级挡矸机构（6）的上下端通过横向液压装置（5）连接，该横向液压装置（5）通过液压实现横向伸缩，进而实现二级挡矸机构（6）的位移，分级挡矸单元外部铺设阻气材料，阻止有害气体向巷道内流动。

2.根据权利要求1所述的一种用于无煤柱自成巷的立体分级挡矸阻气装置，其特征在于，所述一级挡矸机构（4）与二级挡矸机构（6）之间填置充填材料；充填材料为木桩或废弃锚杆材料，增大矸石流动阻力。

3.根据权利要求1所述的一种用于无煤柱自成巷的立体分级挡矸阻气装置，其特征在于，阻气材料上布置有注料孔，通过注料孔向一、二级挡矸机构形成的空间内充填膨胀材料，更好地阻止有害气体向巷道流动。

4.根据权利要求1所述的一种用于无煤柱自成巷的立体分级挡矸阻气装置，其特征在于，所述阻气材料包括PVC塑料或合成纤维布。

5.根据权利要求1所述的一种用于无煤柱自成巷的立体分级挡矸阻气装置，其特征在于，所述一级挡矸机构、二级挡矸机构分别由筛选网（41）、（61）、支撑杆（42）、（62）构成；支撑杆（42）、（62）分别固定于筛选网（41）、（61）的四周，筛选网（41）、（61）与支撑杆（42）、（62）通过焊接或钢筋搭接形式连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于无煤柱自成巷的立体分级挡矸阻气装置，其特征在于，一级挡矸机构的筛选网（41）的网孔为方形，选用3~5mm钢筋制成，网孔尺寸为400 mm×400mm，具有较高的强度；二级挡矸机构的筛选网（61）的网孔为菱形，网孔尺寸为150mm×150mm，选用铁丝或高强度塑钢网制成；一级挡矸机构、二级挡矸机构的竖向支撑杆（42）、（62）上、下端头焊接有用以与液压装置耳环（91）、（92）相配套的连接耳环。

7.根据权利要求1所述的一种用于无煤柱自成巷的立体分级挡矸阻气装置，其特征在于，所述分级挡矸单元沿工作面推进方向设置多组，相邻的一级挡矸机构之间、相邻的二级挡矸机构之间分别通过螺栓或卡缆连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于无煤柱自成巷的立体分级挡矸阻气装置，其特征在于，所述一级挡矸机构和二级挡矸机构之间的距离a=1500~2500mm；所述的一级挡矸机构（4）、二级挡矸机构（6）的长度为c，高度为b，c是指平行于工作面推进方向挡矸机构的长度；b是指垂直方向挡矸机构的高度；b根据煤层条件与开采技术确定，b=d-300~400mm，d为巷道高度；c等于液压支架移动步距为800~1000mm；单片阻气材料长度为t=3c，宽度为x=a+b+200mm。

9.根据权利要求1所述的一种用于无煤柱自成巷的立体分级挡矸阻气装置，其特征在于，所述分级挡矸单元通过限位机构与顶板和底板固定，限位机构包括顶板限位机构（73）、（74）和底板限位机构（71）、（72），为向底板和顶板内增设固定的木桩或短锚杆。

10.利用权利求1~9任意一项权利要求所述的立体分级挡矸阻气装置进行无煤柱自成巷的立体分级挡矸阻气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）掘进期间，通过爆破或机械掘进方式掘出回采巷道（1），设计巷道断面尺寸，巷道高度为d，宽度为e，无煤柱自成巷通风或行人或运输所需的宽度为f，一级挡矸机构和二级挡矸机构之间的距离为a；其中巷道高度为d=3.0~3.5m；宽度e=f+a+300mm；巷道掘进过程中，及时对巷道顶板、两帮进行锚杆和锚索加固；

步骤2）回采期间，在工作面前方100m内通过爆破或切顶锚索沿着实体煤帮顶板进行预裂；并在巷道底板上安装底板限位机构（71）；

步骤3）在工作面的端头液压支架（31）、（32）顶部铺设顶板阻气材料，并通过顶板限位机构（73）、（74）将顶板阻气材料固定在顶板上；

步骤4）工作面割煤一刀后，端头液压支架（31）、（32）前移一个步距c； 在端头液压支架（31）、（32）后掩护梁与已经固定好的顶板阻气材料的保护下，将连接好的一级挡矸机构（4）运送到采空区与回采巷道交界区域，并通过已安装的底板限位机构（71）和顶板限位机构（73）将一级挡矸机构（4）固定，并使得一级挡矸机构（4）在矸石挤压力、底板限位机构（71）和顶板限位机构（73）的作用下保持稳定；

步骤5）在一级挡矸机构（4）和顶板阻气材料的保护下，通过横向液压装置（5）的耳环（91）、（92）将二级挡矸机构（6）与一级挡矸机构（4）连接，通过向横向液压装置（5）的注入油液实现横向运动，将二级挡矸机构（6）推送至既定位置，距一级挡矸机构距离为a；

步骤6）在一级挡矸机构（4）与二级挡矸机构（6）形成的空间内，放入一些固体填充材料（8），一方面增加挡矸机构整体稳定性，另一方面进一步加大矸石涌入巷道的阻力；至此，第1组分级挡矸单元安设完毕；

步骤7）按照上述步骤，端头液压支架（31）、（32）继续往前推进第二个步距c，完成第2组分级挡矸单元的安装；第1组与第2组分级挡矸单元中的一级挡矸机构（4）、二级挡矸机构（6）分别通过螺栓或卡缆形式进行连接；端头液压支架（31）、（32）继续推进第三个步距c，完成第3组分级挡矸单元的安装，并与第2个挡矸装置通过螺栓或卡缆形式连接；

步骤8）待3组分级挡矸单元安装完毕，将阻气材料（2）覆盖在二级挡矸机构（6）表面，在底板安装限位机构（72），将阻气材料固定；

步骤9）通过阻气材料（2）上的注料孔，向挡矸装置内注射膨胀材料，将挡杆机构内矸石中的空隙充满，阻挡气体向外渗透，至此完成一个循环；

步骤10）重复上述步骤，每安装3组分级挡矸单元为一个循环，直至工作面回采结束。