[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

说明书

本发明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，本发明能够实现煤壁变形状态的非接触式动态连续监测。本发明还公开了煤巷掘进工作面突出预警系统，包括本发明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，本发明根据煤壁变形的监测值，进行工作面突出分级预警。本发明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。

技术领域

本发明属于煤矿防治煤与瓦斯突出技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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，包括本发明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；

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。

本发明第二种技术方案的特点还在于，

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。

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。

本发明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，应用本发明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：