[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

说明书

本发明公开了一种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，包括设在底座上的支撑活柱和下部支撑立柱，矸石运动通道倾斜架设在支撑活柱和下部支撑立柱上，在矸石运动通道上方设有矸石弹射装置和顶板落矸口；在矸石运动通道内设有多维应力传感器支柱，在矸石运动通道中设通过履带架设的采煤机模型；矸石在运动过程中与矸石运动通道壁撞击，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。该装置丰富了大倾角煤层工作面飞矸运动特性的研究手段，并可依据其运动特性作出破坏程度评价，为实现大倾角煤层长壁工作面安全高效开采提供保障。

技术领域

本发明涉及矿山、岩土等工程领域物理模拟研究，具体涉及一种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。

背景技术

飞矸是指在大倾角煤层走向长壁工作面落煤、推溜、移架等过程中，由工作面煤壁片帮、截煤飞溅或顶板漏冒以及底板滑移等形式产生的煤或岩块，在回采空间运动并对工作面作业人员和设备形成伤(损)害威胁的一种特殊灾害现象。大倾角煤层则是以煤层倾角超过冒落矸石以及煤的自然安息角所出现的滑动、失稳等现象为主要特征而命名的，所以飞矸是大倾角煤层(或急倾斜煤层)长壁工作面开采特有的动力灾害和主要事故隐患。近年来，随着深部煤层和倾角较大煤层开采力度的加大和综采技术的发展，我国大倾角煤层开采矿井数目逐年增多，产量比重增大，因此，对大倾角煤层开采飞矸灾害的研究就显得尤为重要。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种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，本发明丰富了大倾角煤层工作面飞矸运动特性的研究手段，并可依据其运动特性作出破坏程度评价，为实现大倾角煤层长壁工作面安全高效开采提供保障。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明一种大倾角工作面飞矸运动特性监测及破坏程度评价系统，包括设在底座上的支撑活柱和下部支撑立柱，矸石运动通道倾斜架设在支撑活柱和下部支撑立柱上，在矸石运动通道上方设有矸石弹射装置和顶板落矸口；在矸石运动通道内设有多维应力传感器支柱，在矸石运动通道中设通过履带架设的采煤机模型；矸石在运动过程中与矸石运动通道壁撞击，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。

进一步，所述支撑活柱和下部支撑立柱上分别设有上部轴承和下部轴承，矸石运动通道下壁外表面通过上部轴承上的上部轴承套固定，矸石运动通道上部外表面通过下部轴承连接，轴承外套筒不与通道下壁表面固定。

进一步，所述采煤机模型两侧分别设有通过摇臂连接的滚筒。

进一步，在所述矸石运动通道下端面内部安装高倍摄像头，下端面采用透明材料。

进一步，所述矸石运动通道断面为矩形，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。

进一步，所述多维应力传感器支柱包括一个中心圆柱体的支柱，在支柱外设有相互对接的三段圆弧状的压力传感器，在压力传感器外侧设有受力元件。

进一步，所述各相互对接的三段圆弧状的压力传感器沿多维应力传感器支柱上下分段等距离分布。

本发明给出了一种利用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的方法，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，通过每一次撞击时的速度求得矸石运动过程中的能量转移情况；