[发明专利]煤巷掘进工作面煤壁变形监测装置、突出预警系统及方法

权利要求书

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警系统进行计算，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

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，并进行数学建模；

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(1)，通过激光扫描仪(4)携带的传感器头(41)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；

步骤3，煤壁变形监测装置(1)采集完成数据后，将信息传输给变形监控分站(12)，变形监控分站(12)通过以太环网将信息传输给变形监控主机(13)，变形监控主机(13)通过工业以太网交换机(11)将掘进工作面的变形信息传送至突出预兆信息解算系统(3)；

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(3)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。

6.根据权利要求5所述的用于煤巷掘进工作面突出预警的煤壁变形指标计算方法，其特征在于，所述步骤1各煤壁变形指标的数学模型具体如下：

1)变形量

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：

ΔL＝|L_s－L_j|(17)；

2)变形速度

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：

V_b＝ΔL/t(18)；

3)变形增幅

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：