一种适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置的制作方法

1.本实用新型属于煤矿开采领域，具体地说是一种适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置。


背景技术：

2.煤矿的下井深度一般是在200-1000米左右，根据实际情况，矿井深度可超过1000米，开采过程中通过人工通过开采工具在井下进行开采作业，开采过程中需要在井下采取一系列保护措施，防止矿井出现坍塌，造成人员伤亡；目前的矿井防护措施主要有避难硐室、压风自救系统等，而深井煤矿作业因为井下深度大，人员转移到井上的时间非常长，因此一般事故发生后，人员都是在井下进行避难。
3.现有中国专利中公开了一种矿用笼式防冲击地压构件（公开号cn 203463119 u），其技术方案包括顶板、液压支架、支架底梁、支架顶梁，其特点是液压支架上面的支架顶梁上方匀距通过构件固定连接座和固定螺栓固定数个上、下端面为正多边形的笼式防冲击地压构件，笼式防冲击地压构件是数根构件钢管焊接成侧面的外围带凸凹棱的三边形状构件模块，构件模块叠加焊接成整体的笼式防冲击地压构件，在压溃变形过程中吸收部分冲击能，变形后所占空间小， 被压缩空间给煤岩提供了能量释放空间，间接吸收了部分冲击能，这将大大减小了作用在支架上的冲击力，较好的起到保护巷道及支护系统的作用。
4.上述专利虽然公开了对煤矿巷道的支撑保护，但是上述专利在实施过程中，需要将结构件固定在巷道内，若巷道内没有发生危险，二次拆除利用会十分不方便，并且该结构件主要针对的是巷道支护，在煤矿出现坍塌后并不能有效的对井下人员进行防护，在防护效果上存在一定的局限性。
5.综上，目前还没有一种能对井下情况进行监控，并对人员进行全身防护且便于移动的笼式保护装置。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，以解决现有技术中缺少对人员进行全身防护，且能便携移动的笼式保护装置。
7.本实用新型的技术方案如下：
8.一种适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，包括：底座和监控装置，底座的面积可以根据实际井下作业人员的数量进行调整，从而提高笼式保护装置一次性能容纳的人员数量，监控装置内部设有压力传感器、蜂鸣报警器以及定位器，监控装置的外形为锥形，便于插入到煤矿矿层中，还包括：
9.立式框架，所述立式框架包括多根支撑杆和多个环形杆一，所述支撑杆的底部固定连接在所述底座上，所述环形杆一固定连接在所述支撑杆上，且将多个支撑杆串联起来，所述环形杆一上转动连接有门板；支撑杆的高度以及门板的高度根据井下挖掘巷道的高度进行设计；
10.立柱，所述立柱固定连接在所述底座上，且位于所述底座的中心位置；立柱上可设计一些挂钩，用于挂设一些生存物品，通讯工具等；
11.顶部框架，所述顶部框架设置在所述立柱的顶部，所述顶部框架包括套环、多根连接杆和多个环形杆二，所述套环滑动连接在所述立柱的上部外壁上，所述连接杆的端部固定连接在所述套环的外壁上，且所述连接杆围绕所述套环的中心环形分布，所述环形杆二固定连接在所述连接杆上，且将多个连接杆串联起来；所述底座、立柱、立式框架与顶部框架组合形成笼式保护装置，用以保护井下人员安全。
12.进一步的，所述支撑杆与所述环形杆一之间、所述连接杆和所述环形杆二之间，以及门板上均固定连接有铁丝网，所述铁丝网由多根独立的铁丝编制而成，可在铁丝网上覆盖无纺布和牛津布，笼式保护装置的密闭性，防止矿渣落入到内部。
13.进一步的，所述门板上的铁丝网网孔密度相对于所述支撑杆与所述环形杆一之间，以及所述连接杆和所述环形杆二之间的铁丝网网孔密度大；因为门板中缺少环形杆一的支撑，因此将门板上的铁丝网密度增大，有利于增强门板的强度。
14.进一步的，所述顶部框架中的连接杆为倾斜状态，且方向倾斜向下，进而让顶部框架的上方形成一定的坡度，方便巷道在爆破采掘过程中，矿渣落到顶部框架上后能够滑下来，减轻了顶部框架的的负重。
15.进一步的，所述支撑杆的上方内部固定连接有弹簧一，所述弹簧一的一侧设置有转杆一；
16.所述立柱的上方内部固定连接有弹簧二，所述弹簧二的一侧设置有转杆二，所述弹簧二、转杆二分别与所述弹簧一、转杆一作用相同；所述转杆一由连杆一和连杆二组成，所述转杆二由直杆一和直杆二组成。
17.进一步的，所述弹簧一和弹簧二的高度分别大于所述转杆一和转杆二的高度，因为弹簧一和弹簧二完全压缩仍具有一定的高度，所以用于防止弹簧一和弹簧二完全压缩后，转杆一或者转杆二中的连杆一或者直杆一无法完全转动至水平状态。
18.进一步的，所述支撑杆的内部滑动连接有推动杆，且所述立式框架中所述支撑杆的数量与所述推动杆的数量之比为2:1，所述推动杆的顶部与所述连接杆且靠近支撑杆的端部固定连接；一个立式框架中支撑杆的数量与推动杆的数量之比为2:1，能够防止所有支撑杆内部均具有推动杆，影响立式框架的结构强度；
19.所述支撑杆的底部内部滑动连接有固定杆，所述固定杆的数量与所述推动杆的数量相同；所述推动杆用于推动固定杆插入到地下，防止底座出现移动。
20.进一步的，所述固定杆外侧且位于所述支撑杆上过盈配合有限位块；限位块为塑料材质，用于对固定杆进行限位，防止固定杆出现滑动；并且支撑杆的底部嵌入有塑料片，能够防止矿渣进入到支撑杆的内侧。
21.进一步的，所述支撑杆与所述环形杆一之间，以及所述连接杆和所述环形杆二之间，均固定连接有交叉杆，交叉杆用于增强立式框架的稳定性。
22.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
23.1、本实用新型通过煤层坍塌时，因为顶部框架中的套环与立柱的上部滑动连接，所以煤矿落在连接杆与环形杆二之间的铁丝网上后，煤矿的压力推动顶部框架下移，从而能够缓冲煤矿坍塌时产生的瞬时冲击力；同时支撑杆与环形杆一形成的圆柱形，拱形曲面
能够有效的分散周围煤矿对立式框架施加的压力，进而实现对框架内人员的全身保护。
24.2、本实用新型通过顶部框架被煤矿推动下移时，连接杆下移过程中带动推动杆下移，进而推动杆推动固定杆下移，并冲破限位块的限制，其中限位块为塑料材质，同时冲破支撑杆底部的塑料片，插入到地下，使得底座被固定，从而防止煤矿坍塌时，煤矿推动笼式保护装置进行移动，造成不必要的危险发生，实现对人员进一步的安全防护。
25.3、本实用新型通过煤矿推动顶部框架下移时，套环能够推动转杆二中的直杆一和直杆转动，同时连接杆推动转杆一中的连杆一和连杆二转动，转动方向最终直杆一和直杆二，以及连杆一和连杆二形成水平状态，对顶部框架中的连接杆形成支撑，实现笼式保护装置内的人员安全保护。
附图说明
26.图1是本实用新型笼式保护装置结构立体示意图；
27.图2是本实用新型笼式保护装置结构立体示意图；
28.图3是图2所示的a处局部放大图；
29.图4是本实用新型立柱与支撑杆连接立体示意图；
30.图5是本实用新型顶部框架结构立体示意图；
31.图6是本实用新型支撑杆内部结构连接剖视示意图；
32.图7是图6所示的b处局部放大图；
33.图8是本实用新型环形杆与交叉杆连接示意图；
34.图9是本实用新型转动杆一与转动杆二结构立体示意图。
35.图中：
36.1、底座；
37.2、立式框架；21、支撑杆；22、环形杆一；221、交叉杆；23、推动杆；24、弹簧一；25、转杆一；251、连杆一；252、连杆二；26、固定杆；261、限位块；
38.3、门板；
39.4、立柱；41、转杆二；411、直杆一；412、直杆二；42、弹簧二；
40.5、顶部框架；51、套环；52、连接杆；53、环形杆二；
41.6、监控装置。
具体实施方式
42.下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
实施例一：
43.如图1、图2和图5所示，本实施例中包括：底座1和监控装置6，还包括：
44.立式框架2，立式框架2包括多根支撑杆21和多个环形杆一22，支撑杆21的底部固定连接在底座1上，环形杆一22固定连接在支撑杆21上，且将多个支撑杆21串联起来，环形杆一22上转动连接有门板3；
45.立柱4，立柱4固定连接在底座1上，且位于底座1的中心位置；
46.顶部框架5，顶部框架5设置在立柱4的顶部，顶部框架5包括套环51、多根连接杆52和多个环形杆二53，套环51滑动连接在立柱4的上部外壁上，连接杆52的端部固定连接在套环51的外壁上，且连接杆52围绕套环51的中心环形分布，环形杆二53固定连接在连接杆52上，且将多个连接杆52串联起来。
47.支撑杆21与环形杆一22之间、连接杆52和环形杆二53之间，以及门板3上均固定连接有铁丝网。
48.门板3上的铁丝网网孔密度相对于支撑杆21与环形杆一22之间，以及连接杆52和环形杆二53之间的铁丝网网孔密度大。
49.具体工作流程：首先笼式保护装置使用前，将底座1放置在指定的采掘巷道中，并距离工作人员二到三米，然后将立式框架2中的支撑杆21和立柱4通过螺栓固定连接在底座1上，并依次将顶部框架5、环形杆一22、铁丝网等部件安装在指定位置，立柱4顶部的监控装置6插入到顶部矿层中，形成如图1所示的状态，一个采掘工作面能够放置多个笼式保护装置；
50.因为底座1与地面无固定装置，所以随着采掘巷道的深入挖掘，工作人员能够移动底座1，进而实现整个笼式保护装置的整体移动，保证笼式保护装置始终距离工作人员二到三米，方便发生危险时能够及时进入避难。
51.当发生危险时：即煤矿层出现松动时，监控装置6中的压力传感器检测到压力变化时（此时检测压力变化，不单纯检测压力减小，因为出现煤层坍塌时，其他部位的煤层可能会对该处的煤层形成挤压，而出现压力增大的情况），立刻通过蜂鸣报警器进行报警，从而提醒工作人员及时通过门板3进入到立式框架2的内部进行避难；同时当煤层正式坍塌时，因为顶部框架5中的套环51与立柱4的上部滑动连接，所以煤矿落在连接杆52与环形杆二53之间的铁丝网上后，煤矿的压力推动顶部框架5下移，从而能够缓冲煤矿坍塌时产生的瞬时冲击力，避免顶部框架5与煤矿形成刚性接触，当滑动一段距离后，在立柱4的限位下，套环51无法继续移动；同时支撑杆21与环形杆一22形成的圆柱形，拱形曲面能够有效的分散周围煤矿对立式框架2施加的压力；从而形成一个临时的避难场所，使得内部的人员在里面可以等待救援，实现了对工作人员的全身保护，提高了煤矿坍塌后人员的存活率。同时监控装置6中的定位器通过电池供电，向外间歇性发送位置信息，方便外面的救援人员能够及时找到人员的被困位置。
52.当正常使用时：笼式保护装置能够作为一个临时的补给站，工作人员能够将所需的食物、通讯工具等放在笼式保护装置中，方便工作人员的取用；同时顶部框架中的连接杆为倾斜状态，且方向倾斜向下，因为井下采掘过程中，经常会涉及到爆破作业，爆破产生的振动会让煤层中的矿渣出现掉落，当掉落到顶部框架5上时，矿渣能够在重力作用下滑落，相对于平顶设计，存在矿渣不易掉落，容易对框架的顶部造成压力，影响后续的装置移动。
实施例二：
53.如图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实施例中与实施例一的区别在于，支撑杆21的内部滑动连接有推动杆23，且立式框架中支撑杆的数量与推动杆的数量之比为2:1，推动杆23的顶部与连接杆52且靠近支撑杆21的端部固定连接，且支撑杆21的底部内部滑动连接有固定杆26，固定杆26的数量与所述推动杆23的数量相同；
54.具体工作流程：当煤层坍塌，顶部框架5被煤矿推动下移时，连接杆52下移过程中带动推动杆23下移，进而推动杆23推动固定杆26下移，并冲破限位块261的限制，其中限位块261为塑料材质，同时冲破支撑杆21底部的塑料片，插入到地下，使得底座1被固定，从而防止煤矿坍塌时，煤矿推动笼式保护装置进行移动，造成不必要的危险发生，进一步增强对人员的安全防护；一个立式框架2中支撑杆21的数量与推动杆23的数量之比为2:1，能够防止所有支撑杆21中均含有推动杆23，导致支撑杆21的抗冲击能力下降，降低整个笼式保护装置的安全性。
55.在人员被救援出后，工作人员能够将固定杆26从地下拔出，并推动固定杆26回到支撑杆21中，并采用新的限位块261对固定杆26进行限位，实现笼式保护装置能够二次利用，降低煤矿开采过程安全保护所需的成本。
实施例三：
56.如图4、图6和图9所示，本实施例与实施例一的区别在于，支撑杆21的上方内部设置有转杆一25；立柱4的上方内部设置有转杆二41，转杆二41与转杆一25作用相同；所述转杆一25由连杆一251和连杆二252组成，所述转杆二41由直杆一411和直杆二412组成，连杆一251的上端部与连接杆52且靠近支撑杆21的端部转动连接，直杆一411的上端部与套环51的内壁转动连接。
57.具体工作流程：当井下煤矿的深度大于500m时，可采用带有转杆一25和转杆二41；当煤矿坍塌时，煤矿推动顶部框架5下移时，套环51能够推动转杆二41中的直杆一411和直杆二412转动，同时连接杆52推动转杆一25中的连杆一251和连杆二252转动，转动方向如图9所示，最终直杆一411和直杆412，以及连杆一251和连杆二252形成水平状态，对顶部框架5中的连接杆52形成支撑，防止连接杆52受到冲击压力过大，影响笼式保护装置内的人员安全。
实施例四：
58.如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于，支撑杆21的上方内部固定连接有弹簧一24，立柱4的上方内部固定连接有弹簧二42；
59.具体工作流程：当煤矿坍塌时，煤矿推动顶部框架5下移时，套环51能够对弹簧二42施加压力，同时连接杆52下移时能够通过推动杆23对弹簧一24施加压力，在弹簧一24和弹簧二42的作用下，能够对煤矿的冲击力起到一定的缓冲作用，从而降低顶部框架5受到冲击力而出现弯折的可能性；
60.同时当救援人员对被困人员进行救援时，当顶部框架5上方煤矿覆盖厚度10-20cm左右时，弹簧一24和弹簧二42能够释放压力并推动顶部框架6上移，从而推动煤层晃动，从而让救援人员能够快速发现被困人员。
实施例五：
61.如图8所示，本实施例与实施例一的区别在于，支撑杆21与环形杆一22之间，以及连接杆52和环形杆二53之间，均固定连接有交叉杆221。
62.具体工作流程：当井下煤矿大于800m左右时，煤矿坍塌产生的压力是十分巨大的，
通过设计交叉杆221，能够增强立式框架2和顶部框架5内部的连接稳定性，进而提高笼式保护装置的安全性。
63.本实用新型的实施方式是为了示例和描述起见而给出的，尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，包括：底座（1）和监控装置（6），其特征在于，还包括：立式框架（2），所述立式框架（2）包括多根支撑杆（21）和多个环形杆一（22），所述支撑杆（21）的底部固定连接在所述底座（1）上，所述环形杆一（22）固定连接在所述支撑杆（21）上，且将多个支撑杆（21）串联起来，所述环形杆一（22）上转动连接有门板（3）；立柱（4），所述立柱（4）固定连接在所述底座（1）上，且位于所述底座（1）的中心位置；顶部框架（5），所述顶部框架（5）设置在所述立柱（4）的顶部，所述顶部框架（5）包括套环（51）、多根连接杆（52）和多个环形杆二（53），所述套环（51）滑动连接在所述立柱（4）的上部外壁上，所述连接杆（52）的端部固定连接在所述套环（51）的外壁上，且所述连接杆（52）围绕所述套环（51）的中心环形分布，所述环形杆二（53）固定连接在所述连接杆（52）上，且将多个连接杆（52）串联起来。2.如权利要求1所述适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，其特征在于：所述支撑杆（21）与所述环形杆一（22）之间、所述连接杆（52）和所述环形杆二（53）之间，以及门板（3）上均固定连接有铁丝网。3.如权利要求2所述适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，其特征在于：所述门板（3）上的铁丝网网孔密度相对于所述支撑杆（21）与所述环形杆一（22）之间，以及所述连接杆（52）和所述环形杆二（53）之间的铁丝网网孔密度大。4.如权利要求1所述适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，其特征在于：所述顶部框架（5）中的连接杆（52）为倾斜状态，且方向倾斜向下。5.如权利要求1所述适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，其特征在于：所述支撑杆（21）的上方内部固定连接有弹簧一（24），所述弹簧一（24）的一侧设置有转杆一（25）；所述立柱（4）的上方内部固定连接有弹簧二（42），所述弹簧二（42）的一侧设置有转杆二（41），所述弹簧二（42）、转杆二（41）分别与所述弹簧一（24）、转杆一（25）作用相同。6.如权利要求5所述适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，其特征在于：所述弹簧一（24）和弹簧二（42）的高度分别大于所述转杆一（25）和转杆二（41）的高度。7.如权利要求1所述适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，其特征在于：所述支撑杆（21）的内部滑动连接有推动杆（23），且所述立式框架（2）中所述支撑杆（21）的数量与所述推动杆（23）的数量之比为2:1，所述推动杆（23）的顶部与所述连接杆（52）且靠近支撑杆（21）的端部固定连接；所述支撑杆（21）的底部内部滑动连接有固定杆（26），所述固定杆（26）的数量与所述推动杆（23）的数量相同。8.如权利要求7所述适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，其特征在于：所述固定杆（26）外侧且位于所述支撑杆（21）上过盈配合有限位块（261）。9.如权利要求1所述适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，其特征在于：所述支撑杆（21）与所述环形杆一（22）之间，以及所述连接杆（52）和所述环形杆二（53）之间，均固定连接有交叉杆（221）。

技术总结
本实用新型属于煤矿开采技术领域，提供了一种适用于深井煤矿开采的监控与笼式保护装置，包括：底座和监控装置，还包括：立式框架、立柱和顶部框架，立式框架通过立柱、顶部框架和底座组合形成笼式保护装置；通过煤矿的压力推动顶部框架下移，从而能够缓冲煤矿坍塌时产生的瞬时冲击力，同时支撑杆与环形杆一形成的圆柱形，拱形曲面能够有效的分散周围煤矿对立式框架施加的压力，进而实现对框架内人员的全身保护。保护。保护。


技术研发人员：胡伯 那磊 何花 包兴 杨宁 张淑娜 刘文义 张宁 张栋 马骁 焦静 杨凯淇
受保护的技术使用者：煤炭工业规划设计研究院有限公司
技术研发日：2023.04.23
技术公布日：2023/7/23