[发明专利]大倾角工作面飞矸运动特性监测及破坏程度评价系统及方法

权利要求书

1.大倾角工作面飞矸运动特性监测及破坏程度评价系统，其特征在于，包括设在底座(8)上的支撑活柱(7)和下部支撑立柱(11)，矸石运动通道(1)倾斜架设在支撑活柱(7)和下部支撑立柱(11)上，在矸石运动通道(1)上方设有矸石弹射装置(4)和顶板落矸口(2)；在矸石运动通道(1)内设有多维应力传感器支柱(12)，在矸石运动通道(1)中设通过履带(15)架设的采煤机模型(14)；矸石在运动过程中与矸石运动通道壁(1)撞击，通过压力传感器测得撞击位置，信号发射装置将位置信号传到终端。

2.根据权利要求1所述的大倾角工作面飞矸运动特性监测及破坏程度评价系统，其特征在于，所述支撑活柱(7)和下部支撑立柱(11)上分别设有上部轴承(6)和下部轴承(9)，矸石运动通道(1)下壁外表面通过上部轴承(6)上的上部轴承套(5)固定，矸石运动通道(1)上部外表面通过下部轴承(9)连接，轴承外套筒(10)不与通道下壁表面固定。

3.根据权利要求1所述的大倾角工作面飞矸运动特性监测及破坏程度评价系统，其特征在于，所述采煤机模型(14)两侧分别设有通过摇臂(16)连接的滚筒(13)。

4.根据权利要求1所述的大倾角工作面飞矸运动特性监测及破坏程度评价系统，其特征在于，在所述矸石运动通道(1)下端面内部安装高倍摄像头，下端面采用透明材料。

5.根据权利要求1所述的大倾角工作面飞矸运动特性监测及破坏程度评价系统，其特征在于，所述矸石运动通道(1)断面为矩形，矸石运动通道壁由长条板拼成，通道最大尺寸为0.5m×0.5m×2m。

6.根据权利要求1所述的大倾角工作面飞矸运动特性监测及破坏程度评价系统，其特征在于，所述多维应力传感器支柱(12)包括一个中心圆柱体的支柱(17)，在支柱(17)外设有相互对接的三段圆弧状的压力传感器(18)，在压力传感器(18)外侧设有受力元件(19)。

7.根据权利要求6所述的大倾角工作面飞矸运动特性监测及破坏程度评价系统，其特征在于，所述各相互对接的三段圆弧状的压力传感器(18)沿多维应力传感器支柱(12)上下分段等距离分布。

8.一种权利要求1-7任一项所述装置进行大倾角工作面飞矸运动特性监测及破坏程度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)终端根据安装好的运动通道尺寸建立三维坐标，每个传感器都有与之相对应的点；终端记录下每次撞击的压力传感器位置，在三维坐标内将这些点按照撞击顺序用折线连接起来；以最大压力点作为折线拐点，所有撞击点的位置在不同的界面可显示在三维坐标内；

2)同时，终端记录下每一段位移大小、所用时间，通过能量守恒求得矸石运动过程中的能量损失情况；

3)对支柱上的多个压力传感器依次进行编号，终端记录下每个支柱上压力传感器受到的撞击力以及撞击的时间，根据压力传感器受力波形图判断撞击次序；

4)通道壁同时受到多点撞击，以最大压力点作为折线拐点，所有撞击点的位置在不同的界面可显示在三维坐标内；

5)终端对矸石每段位移得出的速度和对于位移终点的作用力大小分别划分不同等级，反映矸石运动过程中对于不同区域空间人员的损害程度和飞矸对不同位置的设备的损伤程度。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤2)，求得矸石运动过程中每一段位移的能量损失，通过以下公式计算：

式中：E₀为相邻两个碰撞点间的能量损失，E_a为运动矸石起点能量，E_b为运动矸石终点能量，m_a为起点矸石质量，m_b为终点矸石质量，h_a为起点高度，h_b为终点高度，v_a为起点碰撞瞬时速度，v_b为终点碰撞瞬时速度，F_a为起点碰撞力，F_b为终点碰撞力，S₁为a、b段相邻的上一段位移，S₂为a、b之间的位移，t₁为a、b段相邻的上一段位移所有时间，t₂为a、b之间的位移所用时间。