一种带自动张紧功能的可重复利用煤矿地下水库坝体

摘要

本发明公开一种带自动张紧功能的可重复利用煤矿地下水库坝体，其主体结构包括第一承载伸缩框架、第二承载伸缩框架、第三承载伸缩框架、第四承载伸缩框架、密封板、密封气囊、第一框架连接板、第二框架连接板、伸缩油缸；本发明充分利用地下水库中水压的变化，实现对人工坝体与煤体的挤压力进行自动调整，并且可以实现重复使用，该项发明具有结构简单、可靠、实用等优点，大大提高了坝体的密封效果，降低了建坝成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿地下水库人工坝体，尤其涉及一种可以根据煤矿地下水库内水压的变化进行自动张紧，并且可以重复使用的煤矿地下水库坝体，可以有效提高坝体的隔水性能，降低坝体的建造使用成本。

背景技术

煤炭开采水资源保护与利用是煤炭安全、绿色开发的重大技术难题，我国煤炭开发每年产生矿井水约100亿吨，但有效利用率仅约为25％，矿井水直接外排地表造成了水资源的大量浪费。煤矿地下水库是利用工作面采空区冒落岩石的空隙、裂隙对矿井水进行储存、过滤、吸附、离子交换等，为矿井水资源保护利用提供了新的技术路径。

煤矿地下水库需要建设人工坝体将采空区进行封闭，传统技术主要采用水泥墙与锚杆、锚索构筑坝体，但人工构筑的水泥墙与煤体很难有效结合，且在水库水压作用下极易发生渗漏、溃坝等，造成安全事故。申请号为201911222548.X的专利公开了一种煤矿地下水库箱型挡水坝，其核心是采用了箱型结构，并将箱型体置于两侧的煤体内，提高对水库的密封性；申请号为201910087871.4的专利公开了一种煤矿地下水库强帮阻渗挡水坝，主要是对坝体与两侧煤体的连接结构进行优化，提高连接处的防渗效果；申请号为201910086889.2的专利公开了一种煤矿地下水库工字型强帮阻渗挡水坝，仍然是通过增强坝体与煤帮的连接处，提高坝体的防渗性能；申请号为201710484672.8的专利公开了一种煤矿地下水库及水库坝体的多层次注浆防渗加固方法，采用深孔注浆的方式提高人工坝体与煤体的连接强度。

上述专利成果主要采用加强坝体与煤体连接处的强度从而提高坝体的防渗效果，但受到矿山压力与水库水压的联合作用，人工坝体与煤体连接处非常容易发生开裂，传统方法难以解决上述问题，并且传统钢筋水凝土结构造价成本高，难以实现重复利用。

发明内容

基于此，有必要针对上述人工坝体与煤体连接效果差、不能实现重复利用等问题，创新研发设计新型煤矿地下水库坝体，实现根据地下水库内的水压变化对人工坝体与煤体的挤压力进行自动调整，并实现可以多次重复使用，降低煤矿地下水库的建设使用成本。

本发明提供一种带自动张紧功能的可重复利用煤矿地下水库坝体，包括：第一承载伸缩框架、第二承载伸缩框架、第三承载伸缩框架、第四承载伸缩框架、密封板、密封气囊、第一框架连接板、第二框架连接板、伸缩油缸；

所述第一承载伸缩框架与第二承载伸缩框架、第三承载伸缩框架、第四承载伸缩框架的主体结构基本相同；

所述伸缩油缸的数量为四根；

所述第一承载伸缩框架的一端置入第二承载伸缩框架的一端内，并通过内置的伸缩油缸连接；

所述第二承载伸缩框架的一端置入第三承载伸缩框架的一端内，并通过内置的伸缩油缸连接；

所述第三承载伸缩框架的一端置入第四承载伸缩框架的一端内，并通过内置的伸缩油缸连接；

所述第四承载伸缩框架的一端置入第一承载伸缩框架的一端内，并通过内置的伸缩油缸连接；

所述密封板分别与第一承载伸缩框架、第二承载伸缩框架、第三承载伸缩框架、第四承载伸缩框架铰接；

所述第一框架连接板分别与第一承载伸缩框架、第四承载伸缩框架铰接；

所述第二框架连接板分别与第二承载伸缩框架、第三承载伸缩框架铰接；

所述密封气囊置于密封板与第一框架连接板、第二框架连接板之间，当地下水库中的水压发生变化时，通过密封气囊对第一承载伸缩框架、第二承载伸缩框架、第三承载伸缩框架、第四承载伸缩框架施加侧向压力，提高煤矿地下水库坝体与煤体的连接效果。

进一步的，所述第一承载伸缩框架包括第一伸缩套筒、第二伸缩套筒、密封板铰接耳板、框架连接板铰接耳板、第一支撑板、第二支撑板、第一伸缩油缸铰接耳板、第二伸缩油缸铰接耳板；

所述第二伸缩套筒的外部尺寸（长度、宽度）应与第一伸缩套筒的内部尺寸（长度、宽度）相同，能够将第一承载伸缩框架的第二伸缩套筒置于第二承载伸缩框架的第一伸缩套筒内；

所述密封板铰接耳板用于与密封板进行连接；

所述框架连接板铰接耳板用于与第一框架连接板或第二框架连接板进行连接；

所述第一伸缩油缸铰接耳板用于与伸缩油缸的一端连接；

所述第二伸缩油缸铰接耳板用于与伸缩油缸的一端连接。

再进一步的，所述密封板包括密封承压板、密封铰接耳板；

所述密封铰接耳板的连接孔为椭圆孔。

更进一步的，所述密封气囊应采用柔性承压材料，能够承受一定的压力，且能够与第一承载伸缩框架、第二承载伸缩框架、第三承载伸缩框架、第四承载伸缩框架进行紧密贴合，起到密封隔水的作用。

进一步的，所述第一框架连接板与第二框架连接板结构相同，包括主体承压板、连接耳板；

所述连接耳板的连接孔为椭圆孔。

附图说明

图1为本发明一种带自动张紧功能的可重复利用煤矿地下水库坝体的结构示意图；

图2为密封气囊的示意图；

图3为本发明一种带自动张紧功能的可重复利用煤矿地下水库坝体的后视图；

图4为A-A剖面示意图；

图5为第一承载伸缩框架的结构示意图；

图6为第一承载伸缩框架的正视图；

图7为B-B剖面示意图；

图8为密封板结构示意图；

图9为第一框架连接板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供一种带自动张紧功能的可重复利用煤矿地下水库坝体，如图1-9所示，其主体结构包括：第一承载伸缩框架1、第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3、第四承载伸缩框架4、密封板5、密封气囊6、第一框架连接板7、第二框架连接板8、伸缩油缸9；

所述煤矿地下水库坝体包括四个伸缩油缸9；

第一承载伸缩框架1的一端置入第二承载伸缩框架2的一端内，并通过内置的伸缩油缸9连接，见图1-4所示；

第二承载伸缩框架2的一端置入第三承载伸缩框架3的一端内，并通过内置的伸缩油缸9连接；

第三承载伸缩框架3的一端置入第四承载伸缩框架4的一端内，并通过内置的伸缩油缸9连接；

第四承载伸缩框架4的一端置入第一承载伸缩框架1的一端内，并通过内置的伸缩油缸9连接；

密封板5分别与第一承载伸缩框架1、第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3、第四承载伸缩框架4铰接，且密封板5的连接孔为长椭圆孔，见图3所示；

第一框架连接板7分别与第一承载伸缩框架1、第四承载伸缩框架4铰接，且第一框架连接板7的连接孔为长椭圆孔；

第二框架连接板8分别与第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3铰接，且第二框架连接板8的连接孔为长椭圆孔；

密封气囊6置于密封板5与第一框架连接板7、第二框架连接板8之间，当地下水库中的水压发生变化时，通过密封气囊6对第一承载伸缩框架1、第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3、第四承载伸缩框架4施加侧向压力，提高煤矿地下水库坝体与煤体的连接效果。

在其中一个实施例中，所述第一承载伸缩框架1、第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3、第四承载伸缩框架4的主体结构基本相同，包括第一伸缩套筒11、第二伸缩套筒12、密封板铰接耳板13、框架连接板铰接耳板14、第一支撑板15、第二支撑板16、第一伸缩油缸铰接耳板17、第二伸缩油缸铰接耳板18，见图5、图6所示；

所述第二伸缩套筒12的外部尺寸（长度、宽度）应与第一伸缩套筒11的内部尺寸（长度、宽度）相同，能够将第一承载伸缩框架1的第二伸缩套筒12置于第二承载伸缩框架2的第一伸缩套筒11内；

所述密封板铰接耳板13用于与密封板5进行连接；

所述框架连接板铰接耳板14用于与第一框架连接板7或第二框架连接板8进行连接；

所述第一伸缩油缸铰接耳板17用于与伸缩油缸9的一端连接；所述第二伸缩油缸铰接耳板18用于与伸缩油缸9的一端连接，见图7所示。

所述密封板5包括密封承压板51、密封铰接耳板52，见图8所示；

所述密封铰接耳板52的连接孔为椭圆孔。

所述密封气囊6应采用柔性承压材料，能够承受一定的压力，且能够与接触物进行紧密贴合，起到密封作用。

所述第一框架连接板7与第二框架连接板8结构相同，包括主体承压板71、连接耳板72，见图9所示；

所述连接耳板72的连接孔为椭圆孔。

以下用具体的实施例对带自动张紧功能的可重复利用煤矿地下水库坝体的连接关系及使用过程进行详细说明。

首先，将一根伸缩油缸9的两端分别与第三承载伸缩框架3的第一伸缩油缸铰接耳板17、第四承载伸缩框架4的第二伸缩油缸铰接耳板18连接，并将第四承载伸缩框架4的第二伸缩套筒12置于第三承载伸缩框架3的第一伸缩套筒11内；

采用上述同样的连接方式，将第一承载伸缩框架1与第二承载伸缩框架2、第二承载伸缩框架2与第三承载伸缩框架3、第四承载伸缩框架4与第一承载伸缩框架1分别进行连接，并根据工程现场实际要求利用伸缩油缸9对煤矿地下水库坝体的尺寸进行调整，使第一承载伸缩框架1、第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3、第四承载伸缩框架4分别与煤岩体进行紧密接触；

然后，将第一框架连接板7两端的连接耳板72分别与第一承载伸缩框架1、第一承载伸缩框架4铰接；将第二框架连接板8两端的连接耳板72分别与第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3铰接；

将密封气囊6置于第一承载伸缩框架1、第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3、第四承载伸缩框架4围成的区域内，并对密封气囊6进行充气，充气后的密封气囊6不仅可以起到隔水作用，而且可以对第一承载伸缩框架1、第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3、第四承载伸缩框架4施加一定的预紧力；

最后，将密封板5分别与第一承载伸缩框架1、第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3、第四承载伸缩框架4进行连接，作为第二道隔水墙；

将煤矿地下水库坝体的第一框架连接板7、第二框架连接板8这一侧与水库中的水进行接触，当地下水库中的水位上升时，水压将对密封气囊6施加压力，促使密封气囊6对第一承载伸缩框架1、第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3、第四承载伸缩框架4施加压力，由于密封铰接耳板52的连接孔为椭圆孔、连接耳板72的连接孔为椭圆孔，在密封气囊6压力的作用下，第一承载伸缩框架1、第二承载伸缩框架2、第三承载伸缩框架3、第四承载伸缩框架4可以沿第一伸缩套筒11、第二伸缩套筒12的长轴方向发生微小移动，从而提高坝体与四周煤岩体的接触效果，防止在高承压水作用下发生渗水现象，实现根据地下水库内的水压变化对人工坝体与煤体的挤压力进行自动调整；

当水库报废后，可以将人工坝体拆除，用于下一个地下水库，实现了重复使用，降低了使用成本。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

本发明充分利用地下水库中水压的变化，实现对人工坝体与煤体的挤压力进行自动调整，并且可以实现重复使用，该项发明具有结构简单、可靠、实用等优点，大大提高了坝体的密封效果，降低了建坝成本。