[发明专利]一种煤矿支护形变预警装置及其实现方法

说明书

本发明公开一种煤矿支护形变预警装置及其实现方法，包括支护形变预警装置主体，所述支护形变预警装置主体上设置有防爆箱、通信光缆、支护网、支护架体、第一组激光入侵探测器、第二组激光入侵探测器、第三组激光入侵探测器、位移传感器、煤帮、木板、地面控制室和声光报警灯；所述防爆箱内设置有STM32主控制器、光电转换器、定位器和开关电源，所述光电转换器通过跳线和光纤接头盒与井下原有的通信光缆相连；所述支护架体一侧柱顶端固定安装有声光报警灯。本发明在实际使用中，安装简易、牢固，可有效监测支护弯曲形变程度、煤帮平移量，并可准确定位，适合在煤矿井下局部、临时支护地点推广使用。

技术领域

本发明涉及煤矿井下支护安全预警相关技术领域，具体为一种煤矿支护形变预警装置及其实现方法。

背景技术

在矿山开采过程中，顶板会因压力变化而发生不同程度变形，一般先沿顶板节理出现裂隙，并伴有离层现象产生。如果此时防护不当或支护的质量不好，压力持续增大，岩石变形超过极限，就会出现断裂、垮落、片帮或局部冒顶。目前，国内外井下采用的主要支护技术是锚网索支护，其施工工艺流程是先在顶板岩土体内合理布局钻孔，并安装一定长度的锚杆和锚索，并进行压力注浆，使得锚杆与岩土体形成复合体，增强自身结构和坡面稳定性；然后，在坡面上铺设钢筋网，并合理焊接加强筋(如工字钢等)、喷射混凝土，使坡面形成一个整体，防止变形，提高抗压力；最后，进行锚索预应力张拉、锚固，对不稳定土层，开挖修坡后，还应增加喷射第一次混凝土。

除去特殊原因而引起的顶板瞬间坍塌、煤帮平移或冒垮后挤压支护架体而导致弯曲变形等现象之外，冒顶事故一般是从顶板煤块和石块的少量冒落开始，到支护网承受大量煤块和石块后发生形变而逐渐弯曲，直至超出支护网及其支护架体所能承受的最大承载力为止，出现支护架体弯曲或断裂，致使冒顶事故发生；此外，多次冒顶事故都是由于支护架体受矿车等外力撞击而产生形变、且未及时修复，从而降低了支护架体的承载能力，缩减使用寿命，造成安全隐患。

通常情况下，煤矿冒顶事故都伴随着人员伤亡和巨大财产损失，煤矿冒顶的直接体现就是井下支护的变形或坍塌。因此，若在支护网和支护架体发生形变、煤帮平移或冒垮发生前期第一时间发现并报警，就可为现场施工人员争取更多的逃生时间，从而减少人员伤亡和财产损失。基于此，本发明开展的基于激光入侵探测器的井下支护形变监测安全预警系统研究具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿支护形变预警装置及其实现方法，在支护变形、煤帮平移或冒垮发生前期第一时间发现并报警，为现场施工人员争取更多的逃生时间。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤矿支护形变预警装置及其实现方法，包括支护形变预警装置主体，所述支护形变预警装置主体上设置有防爆箱、通信光缆、支护网、支护架体、第一组激光入侵探测器、第二组激光入侵探测器、第三组激光入侵探测器、位移传感器、煤帮、木板、地面控制室和声光报警灯；所述防爆箱固定安装在地面上，所述防爆箱内设置有STM32主控制器、光电转换器、定位器和开关电源，所述STM32主控制器上设置有扩展口，所述第一组激光入侵探测器、第二组激光入侵探测器、第三组激光入侵探测器和位移传感器的信号输出端口分别与扩展口电性相连，所述定位器的双向通信端口与STM32主控制器电性相连，所述STM32主控制器的信号输出端口上电性连接有光电转换器，所述光电转换器通过跳线和光纤接头盒与井下原有的通信光缆相连，所述通信光缆连通至地面控制室；所述支护架体顶端固定安装有支护网，所述支护网上方为局部或临时支护区顶板，所述第一组激光入侵探测器、第二组激光入侵探测器和第三组激光入侵探测器的发射端自上往下有序地固定在支护架体上，对应的接收端安装在对立面的支护架体上；所述支护架体中临近煤帮的侧柱上固定安装有两只位移传感器，所述煤帮上固定安装有表面平整的木板；所述支护架体一侧柱顶端固定安装有声光报警灯，所述声光报警灯的控制端口直接与STM32主控制器电性相连。

优选的，所述第一组激光入侵探测器、第二组激光入侵探测器、第三组激光入侵探测器的发射端与接收端皆保持水平安装，激光线顺通。