帶粘結劑的礦井密封的製作方法

2023-06-14 22:03:41 1

專利名稱：帶粘結劑的礦井密封的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於礦井應用的永久隔離密封，更特別地，涉及在地下入口中的永久 密封，用於將密封一側的空氣與在另一側的空氣相隔離。
背景技術：
在地下採掘中，典型地需要隔離在礦井的專門部分中的空氣。密封提供用於隔離 礦井的區域，例如用於限定需要通風的礦井工作的區域，用於控制礦井中任何有毒或爆炸 氣體的擴散，或者允許在礦井的隔離部中的空氣改變其組分，以使其達到更小危險的狀態。 密封橫著單獨的礦井入口或通道構建，以用於提供這樣的隔。 密封傳統上構建為堆疊的混凝土塊體的壁，其可以以粘固材料塗敷或連接在一 起，粘固材料比起混凝土塊體本身要顯著地弱。而且，典型地，粘固材料隨著時間流失而收 縮，這將在密封中產生洩漏，並可能允許危險氣體通過該密封。塊體以交錯或疊置的關係橫 著礦井的開口裝入。然而，已發現這樣的密封不能經受超過20psi的礦井爆炸過壓。最近， 採用了一種礦井密封，其合併了混凝土塊體壁，在塊體壁之間夾入包含填充材料的聚合材 料的芯體。芯體提供在兩個混凝土塊體壁之間的該組合式結構(在美國專利第5385504號 中描述，其通過參考結合於此)是通過乾式堆疊混凝土塊體以在礦井入口的頂部、底部和 肋部之間形成壁而構建的。後壁首先構建並楔入到位。然後，前壁構建到2-3英尺的高度， 並通過漸增塊體持續構建，直至一個或兩個塊體與頂部接觸。通過在壁之間提供填充材料 (砂礫或類似物)層並使填充材料塗敷以可發泡聚氨酯，芯體材料安裝在完全構建的後壁 和部分構建的前壁之間。當聚氨酯發泡和凝固時，聚氨酯高度增加(填充材料混合在其中) 並固化，且粘結到後壁和前壁上。前壁的構建持續進行，芯體材料(聚氨酯(polyurethane) 和填充材料)的額外的層提供在後壁和增加的前壁之間，直至芯體材料和前壁達到礦井入 口的頂部。前壁的外表面覆蓋有防火密封劑塗層，以滿足礦井安全和健康管理局(MSHA)的 指南要求。儘管這種組合式密封能夠經受至少20psi的礦井爆炸過壓，然而還是已經認識 到了提高礦井密封壓力等級的需求。

發明內容
該需求通過本發明的礦井密封而滿足，本發明的礦井密封包括一對塊體壁，每個 壁包括多個塊體和提供在所述壁之間並粘結到所述壁上的芯體。在所述壁上的塊體的相鄰 表面之間布設有粘結劑。密封劑比塊體具有更大的強度屬性。主要的密封還可以包括至少 一個內部壁用於為密封提供額外的強度。本發明還包括對壁進行加強的方法，所述壁包括 多個通過多個單獨的塊體提供的塊體，為每個塊體的表面塗敷粘結劑，並堆疊所述塊體以形成壁，粘結劑放置在塊體的相鄰表面之間，其中所述粘結劑比單獨的塊體具有更大的強 度屬性。


圖1是本發明構建的密封的透視圖，局部以剖面表示； 圖2是安裝在礦井入口中的本發明的礦井密封的前壁的立視圖； 圖3是構建本發明的礦井密封的第一階段的透視圖； 圖4是構建根據本發明的礦井密封的第二階段的透視圖； 圖5是構建根據本發明一個實施方式的礦井密封的第二階段的透視圖； 圖6是安裝在礦井入口中的本發明另一實施方式的礦井密封的前壁的前視圖。
具體實施例方式
參見圖1和2，本發明涉及防爆礦井密封2，其跨越由底面6、頂面8和柱子10、 12 限定的礦井入口 4。該密封2包括後組合塊體壁14和前組合塊體壁16，所述後組合塊體壁 14和前組合塊體壁16都跨越礦井入口 4，而有芯體元件18夾入在它們之間。壁14、 16由 多個塊體20組成，例如砌築塊體，它們通過粘結劑22粘結在一起。砌築塊體，其意味著普 通結構的塊體，例如磚塊體、石頭塊體或混凝土塊體，但是塊體的材料不限於這些。粘結劑 22以大致流化或易流動的形式提供在塊體20的鄰接表面之間，其在應用到塊體20上之後 在較短的時間內凝固，例如在30秒鐘之內。這樣，粘結劑22用作在壁14、16的塊體20之 間的砌築漿。適合作為粘結劑22組分的一個非限制性例子是提供為RokLok⑧70的聚氨 酯，這可以從Micon，Inc.of Glassport，PA獲得。通過採用快速凝固粘結劑，組合壁14、16 可以快速地構建。例如，經過放置一排塊體20並且粘結劑處於它們之間的時間，粘結劑22 已經凝固，從而將下一排的塊體20放置在剛剛構建的由塊體20和粘結劑22構成的組合排 上。其他聚合的粘結劑也可以用於生成根據本發明的組合壁14、16。用於本發明密封2中 的組合塊體壁14、 16比塊體20本身或者通過乾式堆疊塊體20構建的傳統的密封壁具有更 大的強度屬性。相應地，組合壁14、16的最強部分是在塊體20之間的粘結劑22。關於組合 壁14、16的強度的重要的屬性包括抗壓強度、撓曲強度、剪切強度和抗拉強度。為構建用於 本發明的密封2中的組合壁14、16，粘結劑22的這些強度屬性需要大於塊體20中的相應屬 性。正是以這種方式，組合壁14、16展現出了超出塊體20本身的強度屬性的強度屬性。
密封2的強度可以通過在組合壁14、16的一個或多個表面上包含粘結劑層而得到 提高，例如在各個壁14、 16面向芯體元件18的表面層28、30上和/或在前壁16上的前表 面層32上。需要理解的是，層28、30、32的厚度和在塊體20之間的粘結劑22的厚度在圖 中為了示例而放大了，它們可以基於設計參數而進行選擇，以滿足密封2的專門安裝的強 度需求。除了後組合塊體壁14、前組合塊體壁16和芯體元件18，密封2還可以包括一個或 多個內部壁(例如固體混凝土塊體壁，如同這裡相對於壁14、16的描述)以提供額外的密 封強度。額外的芯體元件18可以提供在每個內部壁之間以及在每個內部壁與壁14、16之 間。 額外的粘結劑22可以提供在壁14、16和礦井入口 4的表面之間，如附圖標記34 所指示。該額外的粘結劑22可以填充在位於壁14、 16與底面6、頂面8和柱子10、 12之間的間隙中，尤其是對於粗糙的礦井入口。當額外的粘結劑34滲入到在入口表面中的縫隙中 並在那裡凝固時，額外的粘結劑34還用於將密封2粘結到礦井入口的表面上，並增加密封2 的整體性。前壁16暴露的表面或者前表面層32可以塗敷以傳統的MAHA認證的防火密封 劑層36。 提供在任意兩個壁之間的芯體元件18可以由粘結材料24生成，例如可發泡聚氨 酯(例如，可以從Micon，Inc.獲得的RokLok⑧10)。可發泡聚氨酯在凝固時膨脹以生成 閉合單元泡沫的網格狀物，該網格狀物填充在位於兩個組合塊體壁14、16之間的空的空間 中。也可以採用其他粘結材料，例如塑料、聚合泡沫和合成泡沫。芯體元件18粘結到兩個組 合塊體壁14、16上，從而產生整體的密封。芯體元件18可以包括填充材料26(例如砂礫、 石灰石、滑石、玻璃或者其他惰性填充物顆粒)。該填充材料26用於與粘結材料24混合以 用最小的花費提高芯體元件18的強度。填充材料26對粘結材料24的比例可以調整，以確 保芯體元件18對組合塊體壁14、 16具有足夠的粘結力。 圖3、4表示構建本發明的礦井密封的方法。密封2首先通過由多個塊體20構建 後壁14而生成，例如以層疊的方式設置混凝土塊體。當後壁14的背側(未示出)構建出 後，防火密封劑塗層可以提供在其上。混凝土塊體的第一排橫跨礦井底面放置在礦井柱子 10、12之間。相鄰的塊體20的端部表面塗敷以粘結劑22。粘結劑22可以提供為具有凝固 劑的可凝固樹脂，其保持分離，直至經由帶靜止混合器或其他類似裝置的傳送管將粘結劑 應用到塊體20上。粘結劑在應用時基本上能夠流動，但是在凝固時快速固化。用於壁14、 16中的粘結劑材料22可以與用於表面層28、30、32的粘結劑22和額外的粘結劑34相同 或不同。在粘結劑22凝固(固化)時，塊體20粘結在一起。通過提供一層粘結劑22到在 塊體20的排之間和在塊體20的相鄰表面之間的暴露的表面，則布置隨後的塊體20的排。 這樣的構建持續進行，直至組合後壁14達到礦井的頂面8並跨越整個入口 4。額外的粘結 劑34的最初層可以塗敷於礦井底面6上，第一排的塊體20被設置在該最初的粘結劑22層 上。額外的粘結劑34可以注入在頂面8和柱子10、12處，以使組合後壁14完全地裝設在 礦井入口 4的所有表面之間。粘結劑塗層(未示出)可以塗敷到後壁14上以提高後壁14 的強度。在後壁14構建好之後，前壁16的首先幾層以與後壁14類似的方式構建，前壁16 的芯體部同樣地與礦井頂面8接觸。額外的粘結劑34可以布設到位於後壁14和底面6、頂 面8和柱子10、12之間的間隙中。 芯體元件18隨著前壁16的構建而逐步地布設。填充材料26層提供在部分構建 的前壁16的後面，可發泡聚氨酯(或者其他粘結材料24)施加到該填充材料層上。當聚氨 酯凝固和發泡時，填充材料26隨其運動以填充在後壁14和前壁16之間的間隙。混凝土塊 體20隨後的排被構建，且額外的填充材料26和粘結材料24放置於在兩個壁14、 16之間先 前形成的發泡的聚氨酯/填充層的頂上，直至前壁16和芯體元件18完全地構建。可選地， 在沒有填充材料的情況下，芯體元件18可以通過將發泡的聚氨酯層提供到在後壁14和增 長的前壁16之間的間隙中而逐步地構建。當構建第一壁時，粘結劑22可以塗敷到前壁16 的背側以生成表面層30，和/或可以塗敷到前壁16的暴露的表面作為前表面層32，用於為 密封提供額外的強度。粘結劑層28、30和32，以及額外的粘結劑34根據對密封2的強度的 需要而使用。最後，防火密封劑36塗敷在前壁16的暴露表面或者前表面層32上。
在本發明的一個實施方式中，如圖5所示，在兩個壁之間的芯體元件18'提供為多個由粘結材料24生成的塊體38，所述粘結材料24為例如可發泡聚氨酯(例如，可以從 Micon，Inc.獲得的議010^1^@ 10)。也可以採用其他粘結材料，例如塑料、聚合泡沫和合成 泡沫。所述多個塊體38可以在地面上預澆制而成，並運送到礦井入口 4。塊體38在地面上 的生產還減少了人員在化學和/或煙氣中的暴露，這在芯體元件18在礦井入口的封閉環境 中在現場生產時將可能發生。塊體38可以在地面上受控環境下進行質量標準檢測(例如 符合想要的密度以在密封中提供合適的功能)。由粘結材料24製成的所述多個塊體38還 可以定尺寸和形狀，以允許安裝工人對塊體38進行有效的運送和提升。例如，由聚氨酯制 成的具有約12磅每立方英尺的密度的塊體可以具有約4立方英尺的尺寸並可以由單個人 搬運。 所述多個塊體38可以隨著前壁16的構建而逐步地布設，如圖5所示並如上結合 圖3-4所述的那樣。所述多個塊體38還可以先於前壁16的設置而設置。或者，用以形成 芯體元件18'的所述多個塊體38的布設可以以與上述關於混凝土塊體20的布設類似的方 式完成。粘結劑34的初始層可以塗敷到礦井底面6上，塊體38的第一排放置在該初始粘 結劑22層上。通過提供一層粘結劑22到在塊體38的排之間以及各隨後排中的塊體38的 相鄰表面之間的暴露的表面上，則可設置塊體38隨後的排。這樣的構建持續進行，直至芯 體元件18'達到礦井的頂面8並跨越整個入口 4。額外的粘結劑34可以注入在頂面8和 柱子10、12處，以使芯體元件18'完全地布設在礦井入口4的所有表面之間。這樣，由塊 體38粘結在一起生成的芯體生成單件的芯體結構，其中由塊體38生成的芯體展現出超出 單個塊體38的強度的強度屬性。 塊體38通過粘結劑22粘結在一起的單件芯體結構可以在幾個小時(例如約2個 小時)內生成，所對比的是由粘固材料製成的傳統塊體密封的生產，其可能需要多達幾天 的時間用於凝固以使其能夠使用。而且，塊體可以在安裝現場進行切削並定形，以裝入到礦 井入口4中去。可發泡的聚氨酯在凝固和發泡時通過放熱反應而產生熱。來自該反應的熱 可能引起某些安全關注，例如在地下礦井環境中增加的著火風險。這樣，在地面上由多個塊 體38形成芯體元件18'使得在地下礦井中生成的熱量最小。 在本發明另一個實施方式中，如圖6所述，礦井密封2包括延伸通過後塊體壁14、 前塊體壁16和芯體元件18或18'的可關閉的開口。 一對門40可以位於前塊體壁16和 後塊體壁14上以選擇性地允許通過該可關閉的開口。混凝土塊體20可以用於形成延伸通 過礦井密封2的厚度的拱門或開口 (未示出)。該門40可以是迴轉式人行門、閘刀式人行 門或任何其他合適類型的門裝置。當密封2包括可關閉的開口和門40時，礦井密封2可以 用作通風密封，並且隨後通過採用如上所述的多個塊體20和芯體元件18或18'移除門40 並關閉開口 ，可以轉換為爆炸密封。 本發明的礦井密封在礦井入口內提供緊密的密封。粘結劑密封在密封結構的整個 外周周圍，從而阻止礦井空氣從密封的一側運動到另一側，並提供了密封在礦井入口內的 整體性。已經發現的是，本發明的礦井密封可以經受礦井中超出20psi的礦井爆炸過壓，例 如超過240psi。密封的強度部分地是在塊體之間的粘結劑材料的函數，與現有的密封相比， 該材料大大地增加了粘結到芯體元件的塊體壁的強度。粘結劑材料還具有撓曲屬性，相對 於現有的密封，這允許密封更好地吸收能量並防止密封中裂縫的形成。而且，粘結劑材料不 隨著時間收縮或者降解，相比於現有的由粘固材料製成的密封，為密封提供了更長的期望壽命。增加的強度屬性通過在前、後壁的表面上塗敷粘結劑層而可以實現。這樣，密封的強 度可以根據礦井特定的條件而選擇。 應當理解的是，本發明的組合壁還可以用於建築工業或類似應用中，例如地基、劃 分壁或者防止來自外部爆炸的損壞(也即作為安全屏障)。代替通過乾式堆疊塊體或砌築 漿塊體構建塊體壁，本發明中使用的粘結劑生成了具有此前無法達到的強度屬性的組合塊 體壁。 本領域技術人員容易理解的是，在不脫離上面說明書中所公開的內容的情況下可 以對本發明作出修改。這樣的修改認為是包括在下面的權利要求之內的，除非權利要求通 過它們的語言另外地表達。相應地，這裡詳細描述的特別的實施方式只用於示例而不作為 對本發明範圍的限定，本發明給出了後面權利要求及其任何和所有等價物的整個廣度。
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權利要求
一種防爆礦井密封，包括前壁和後壁，所述前壁和後壁均包括多個塊體；提供在所述塊體的相鄰表面之間的粘結劑，所述粘結劑比所述塊體具有更大的強度屬性；和提供在所述前壁和後壁之間並粘結到所述前壁和後壁上的芯體元件。
2. 根據權利要求1所述的礦井密封，還包括提供在至少一個所述壁的面向所述芯體元 件的側上的粘結劑塗層。
3. 根據權利要求2所述的礦井密封，還包括提供在所述前壁的暴露側上的粘結劑塗層。
4. 根據權利要求1所述的礦井密封，其中所述粘結劑包括聚合組分。
5. 根據權利要求4所述的礦井密封，其中所述聚合組分包括聚氨酯。
6. 根據權利要求1所述的礦井密封，其中所述塊體包括混凝土塊體。
7. 根據權利要求1所述的礦井密封，其中所述芯體元件包括發泡的聚合材料和填充材料。
8. 根據權利要求7所述的礦井密封，其中所述發泡的聚合材料包括聚氨酯。
9. 根據權利要求1所述的礦井密封，其中所述芯體元件包括多個由發泡的聚合材料形 成的塊體。
10. 根據權利要求9所述的礦井密封，其中所述粘結劑提供在由發泡的聚合材料形成 的塊體的相鄰表面之間。
11. 根據權利要求1所述的礦井密封，還包括延伸通過所述前壁、後壁和芯體元件的能 夠關閉的開口。
12. 根據權利要求1所述的礦井密封，還包括提供在所述前壁和後壁之間的至少一個 內部壁。
13. —種礦井密封，包括一對塊體壁和提供在所述壁之間並粘結到所述壁上的芯體元 件，其改進包括在所述壁中的塊體的相鄰表面之間提供粘結劑，其中所述粘結劑比所述塊體具有更大 的強度屬性。
14. 根據權利要求13所述的礦井密封，其中所述強度屬性包括抗壓強度、撓曲強度、剪 切強度和抗拉強度。
15. 根據權利要求13所述的礦井密封，其中所述塊體包括混凝土塊體，且所述粘結劑 包括聚合組分。
16. 根據權利要求15所述的礦井密封，其中所述聚合組分包括聚氨酯。
17. 根據權利要求13所述的礦井密封，其中所述芯體元件包括多個由發泡的聚合材料 形成的塊體。
18. 根據權利要求17所述的礦井密封，其中所述粘結劑提供在由發泡的聚合材料形成 的所述塊體的相鄰表面之間。
19. 對包括多個塊體的壁進行強化的方法，該方法包括 提供多個單獨的塊體； 為每個塊體塗敷粘結劑；禾口堆疊所述塊體以形成壁，所述粘結劑布設在所述塊體的相鄰表面之間， 其中所述粘結劑比單獨的塊體具有更大的強度。
20. 根據權利要求19所述的方法，還包括為所述壁塗敷以所述粘結劑。
21. 根據權利要求19所述的方法，其中所述塊體包括砌築塊體，所述粘結劑包括聚合 材料。
22. 根據權利要求21所述的方法，其中所述塊體包括混凝土塊體，所述聚合材料包括聚氨酯。
23. 根據權利要求19所述的方法，其中所述壁提供於構建在礦井入口中的防爆礦井密 封中。
24. 根據權利要求23所述的方法，其中所述粘結劑還塗敷在所述塊體的表面上，從而 使所述粘結劑粘結到所述礦井入口上。
25. 根據權利要求23所述的方法，其中所述礦井密封包括一對塊體壁和提供在所述塊 體壁之間並粘結到所述塊體壁上的芯體元件。
26. 根據權利要求25所述的方法，還包括延伸通過所述塊體壁對和芯體元件的能夠關 閉的開口。
27. 根據權利要求25所述的方法，其中所述芯體元件包括由發泡的聚合材料形成的多 個塊體。
28. 根據權利要求26所述的方法，其中所述粘結劑提供在所述由發泡的聚合材料形成 的塊體的相鄰表面之間。
29. 根據權利要求18所述的方法，其中所述壁提供在建築物中。
全文摘要
提供一種防爆礦井密封，其包括一對塊體壁。粘結劑提供在所述塊體的相鄰表面之間，其中所述粘結劑比塊體本身具有更大的強度屬性。芯體元件提供在兩個壁之間並粘結到兩個壁上。該粘結劑可以塗敷在壁上以提高礦井密封的強度。
文檔編號E21F1/00GK101743378SQ200880024637
公開日2010年6月16日 申請日期2008年6月6日 優先權日2007年6月7日
發明者D·A·赫西, G·A·沃森, S·G·索耶 申請人:美康公司