本发明专利技术公开了煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置，包括移动平台、激光扫描仪、信号转换系统和信号传输系统，本发明专利技术能够实现煤壁变形状态的非接触式动态连续监测。本发明专利技术还公开了煤巷掘进工作面突出预警系统，包括本发明专利技术的煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置，还包括变形监控系统进和突出预兆信息解算系统，本发明专利技术根据煤壁变形的监测值，进行工作面突出分级预警。本发明专利技术还公开了用于煤巷掘进工作面突出预警的煤壁变形指标计算方法，应用本发明专利技术的煤巷掘进工作面突出预警系统进行计算，对采集到的信号进行计算，同时根据煤壁变形的监测值，计算变形量、变形速度和变形增幅，对于提高煤与瓦斯突出预警的效率和准确率有着重要意义。突出预警的效率和准确率有着重要意义。突出预警的效率和准确率有着重要意义。
【技术实现步骤摘要】
煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置、突出预警系统及方法
[0001]本专利技术属于煤矿防治煤与瓦斯突出
，涉及煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置，还涉及煤巷掘进工作面突出预警系统，还涉及用于煤巷掘进工作面突出预警的煤壁变形指标计算方法。
技术介绍
[0002]煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下采掘过程中的一种极其复杂的瓦斯动力现象。突出产生的动力效应，可破坏井下设施、设备和通风系统，影响正常的生产秩序，并可造成煤岩掩埋人员、瓦斯窒息甚至引发瓦斯燃烧或爆炸事故，造成大量人员伤亡，是煤矿井下最严重的自然灾害之一。《防治煤与瓦斯突出细则》第五十条规定：“在采掘过程中应当随时观测突出预兆。典型的突出预兆主要包括：响煤炮声(机枪声、闷雷声、劈裂声)，喷孔、顶钻，煤壁外鼓、掉渣，瓦斯涌出持续增大或者忽大忽小，煤尘增大，煤壁温度降低、挂汗等”。其中煤壁外鼓、掉渣等典型突出预兆，常用的方法是人工现场观测和收集相关信息，不仅耗费人力效率低下，而且利用经验进行突出预兆判断，准确率和科学性较差，无法真正起到综合预警的作用。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是提供煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置，能够实现煤壁变形状态的非接触式动态连续监测。
[0004]本专利技术的还一目的是提供煤巷掘进工作面突出预警系统，实现煤壁变形监测值数据的获取，分析煤与瓦斯突出发生的概率，并结合其他预警指标，实现煤与瓦斯突出的准确判别。
[0005]本专利技术的还一目的是提供用于煤巷掘进工作面突出预警的煤壁变形指标计算方法，克服了当前人工采集突出预兆信息的效率低下和依赖经验判断的准确性较低的缺陷。
[0006]本专利技术所采用的第一种技术方案是，煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置，包括移动平台以及设置在移动平台上的激光扫描仪、信号转换系统和信号传输系统，激光扫描仪、信号转换系统和信号传输系统依次连接，激光扫描仪包括连接在一起的矿用本安型电池箱和自动旋转传感器头，信号转换系统将激光扫描仪获取的信号转换为电信号，再通过信号传输系统汇总、集成和输出。
[0007]本专利技术所采用的第二种技术方案是，煤巷掘进工作面突出预警系统，包括本专利技术的煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置，还包括煤壁变形监控系统和突出预兆信息解算系统；
[0008]煤壁变形监测装置用于获取掘进工作面的煤壁微变形信息，以及在煤巷内的行进，并将收集到的信息通过变形监控系统传输给突出预兆信息解算系统，突出预兆信息解算系统实现煤壁微变形信息的采集、处理、展示以及对煤壁变形监测装置的移动平台进行控制。
[0009]本专利技术第二种技术方案的特点还在于，
[0010]突出预兆信息解算系统包括数据处理系统、预警展示系统和行进控制系统，数据处理系统用于将接收到的数字信号进行转换、筛选和计算，预警展示系统将所得成果进行展现和分析，行进控制系统用于对煤壁变形监测装置移动平台的控制，实现装置在巷道内的可控行进。
[0011]变形监控系统包括依次连接的变形监控主机、变形监控分站、工业以太网交换机和矿用环网接入器，变形监控分站包括数据采集系统和数据输出系统，数据采集系统将接收到信号传输系统的电信号进行整理和分类，并转换为数字信号，数据输出系统将转换成功的数字信号输送至数据处理系统。
[0012]本专利技术所采用的第三种技术方案是，用于煤巷掘进工作面突出预警的煤壁变形指标计算方法，应用本专利技术的煤巷掘进工作面突出预警系统进行计算，具体按照以下步骤实施：
[0013]步骤1，对煤壁变形指标，包括变形量、变形速度和变形增幅进行数学建模，并确定各煤壁变形指标的临界值；
[0014]步骤2，在掘进工作面后方设计位置布置煤壁变形监测装置，通过激光扫描仪携带的传感器头自动旋转，不间断监测传感器距离掘进头距离，由此确定掘进工作面的变形信息；
[0015]步骤3，煤壁变形监测装置采集完成数据后，将信息传输给变形监控分站，变形监控分站通过以太环网将信息传输给变形监控主机，变形监控主机通过工业以太网交换机将掘进工作面的变形信息传送至突出预兆信息解算系统；
[0016]步骤4，根据收集到的掘进工作面的微变形信息和时间关系，突出预兆信息解算系统按照步骤1的数学模型计算煤壁变形指标，并将计算的煤壁变形指标与对应临界值进行比较，完成煤壁变形指标计算。
[0017]本专利技术第三种技术方案的特点还在于，
[0018]步骤1各煤壁变形指标的数学模型具体如下：
[0019]1)变形量
[0020]变形量是指煤壁变形监测装置与煤壁之间的实时距离L
s
与基准值L
j
的差值，变形量超过临界值或发生正负变化都被认为是异常的表现，变形量用ΔL进行量化，具体如下式：
[0021]ΔL＝|L
s
－L
j
|(17)；
[0022]2)变形速度
[0023]变形速度是指变形量ΔL与发生这一变化所用的时间t的比值，变形速度超过临界值时视为异常，变形速度用V
b
进行量化，具体如下：
[0024]V
b
＝ΔL/t(18)；
[0025]3)变形增幅
[0026]变形增幅是指当前实时距离L
si
比上巡检周期实时距离L
si
‑1增加幅度，即增大率，当增大率值超过临界值时则异常，当增大率值小于等于临界值时则正常，变形增幅用K
i
进行量化，具体如下：
[0027][0028]本专利技术的有益效果是：
[0029]本专利技术煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置，可对掘进工作面煤壁变形信息进行非接触式动态连续自动采集，所得成果不仅连续监测而且使用便捷，可实现装置在巷道内的可控行进，避免仪器迁移的不便。
[0030]本专利技术煤巷掘进工作面突出预警系统，通过专用仪器实时监测煤壁微变形信息，进行工作面突出分级预警，不但保障了数据采集的连续性，而且提高了突出预兆信息的感知准确性，实时预测工作面煤与瓦斯突出信息，为工作面突出预警提供参数依据。
[0031]本专利技术用于煤巷掘进工作面突出预警的煤壁变形指标计算方法，应用本专利技术的煤巷掘进工作面突出预警系统进行计算，克服了当前人工采集突出预兆信息的效率低下和依赖经验判断的准确性较低的缺陷，对采集到的信号进行计算，同时根据煤壁变形的监测值，计算变形量、变形速度和变形增幅，将计算结果与临界值进行比较，后续可将煤壁变形指标结合掘进速度、其他突出指标对掘进工作面的突出危险性可以进行量化预测，并进行工作面突出预警，对于提高煤与瓦斯突出预警的效率和准确率有着重要意义。
附图说明
[0032]图1是本专利技术煤巷掘进工作面突出预警系统的示意框图；
[0033]图2是本专利技术煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置的示意框图；
[0034]图3是本专利技术煤巷掘进工作面突出预警系统中突出预兆信息解算系统的示意框图；
[0035]图4是本专利技术煤巷掘进工作面突出预警系统中变形本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置，其特征在于，包括移动平台(5)以及设置在移动平台(5)上的激光扫描仪(4)、信号转换系统(6)和信号传输系统(7)，激光扫描仪(4)、信号转换系统(6)和信号传输系统(7)依次连接，所述激光扫描仪(4)包括连接在一起的矿用本安型电池箱(42)和自动旋转传感器头(41)，所述信号转换系统(6)将激光扫描仪(4)获取的信号转换为电信号，再通过信号传输系统(7)汇总、集成和输出。2.煤巷掘进工作面突出预警系统，包括如权利要求1所述的煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置，其特征在于，还包括变形监控系统(2)进和突出预兆信息解算系统(3)；所述煤壁变形监测装置(1)用于获取掘进工作面的煤壁微变形信息，以及在煤巷内的行进，并将收集到的信息通过变形监控系统(2)传输给突出预兆信息解算系统(3)，突出预兆信息解算系统(3)实现煤壁微变形信息的采集、处理、展示以及对煤壁变形监测装置(1)的移动平台(5)进行控制。3.根据权利要求2所述的煤巷掘进工作面突出预警系统，其特征在于，所述突出预兆信息解算系统(3)包括数据处理系统(14)、预警展示系统(15)和行进控制系统(16)，数据处理系统(14)用于将接收到的数字信号进行转换、筛选和计算，预警展示系统(15)将所得成果进行展现和分析，所述行进控制系统(16)用于对煤壁变形监测装置(1)移动平台(5)的控制，实现装置在巷道内的可控行进。4.根据权利要求3所述的煤巷掘进工作面突出预警系统，其特征在于，所述变形监控系统(2)包括依次连接的变形监控主机(13)、变形监控分站(12)、工业以太网交换机(11)和矿用环网接入器(10)，所述变形监控分站(12)包括数据采集系统(8)和数据输出系统(9)，数据采集系统(8)将接收到信号传输系统(7)的电信号进行整理和分类，并转换为数字信号，数据输出系统(9)将转换成功的数字信号输送至数据处理系统(14)。5.用于煤巷掘进工作面突出预警的煤壁变形指标计算方法，应用如权利要求4所述的煤巷掘进工作面突出预...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚选平，杨鹏，叶正亮，成小雨，程成，范晓刚，曹文超，孙宝强，雷慧，王云，
申请(专利权)人：中煤能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。