CN113250723A - 一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于矿井支护设备领域，具体公开了一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，包括锚索、锚杆、锚网、起支撑作用的弧形钢和支梁，锚索和锚杆插入岩壁上浇筑有水泥浆液的钻孔内，锚索的一端固定安装有用于监测岩层冲击地压的应力传感器，锚索的另一端伸入锚杆一端设置的第一腔体内，第一腔体内安装有液压伸缩杆，液压泵的一侧电性连接有PLC控制器，通过应力传感器实时监测矿井附近岩壁冲击地压的变化情况，当冲击地压增大时，液压泵带动液压伸缩杆伸长，使得锚杆和锚索整体伸长，进行卸力防止锚杆和锚索受到应力过大发生断裂，当冲击地压减小时，液压泵带动液压伸缩杆缩短，使得锚杆和锚索整体缩短，进一步加固巷道的围岩。
Description
技术领域
本发明属于矿井支护设备领域，具体公开了一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置。
背景技术
冲击地压又被称作岩爆，是指在地下开采的深部或构造应力很高的区域，在临空岩体中发生突发式破坏的现象，发生的原因是临空岩体积聚的应变能突然而猛烈地全部释放，致使岩体发生像爆炸一样的脆性断裂，冲击地压造成大量岩石崩落，并产生巨大声响和气浪冲击，不但可将矿井破坏，而且震动波可危及地面建筑物。
在深层矿井中会使用各种支护机构对矿井的巷道进行支撑，缓和及减少围岩的移动，使巷道断面不致过度缩小，同时防止已散离和破坏的围岩冒落，比如使用锚杆将巷道的围岩加固在一起，使围岩自身支护自身，达到加固岩壁的目的；但是，在深层矿井中，地质条件复杂，冲击地压力实时变化，普通的锚杆支护产生的应力无法随冲击地压的变化而变化，此时容易造成锚杆断裂，使得锚杆支护失效，后期维护的难度很大。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置,通过应力传感器实时监测矿井附近岩壁冲击地压的变化情况，并且能够随着冲击地压的变化实时控制锚杆和锚索的长度，以适应岩壁内的应力，减少人力操作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，包括锚索、锚杆、锚网、起支撑作用的弧形钢和支梁，所述锚索和锚杆插入岩壁上浇筑有水泥浆液的钻孔内，锚索的一端固定安装有用于监测岩层冲击地压的应力传感器(SQ-9216型测力传感器)，锚索的另一端伸入锚杆一端设置的第一腔体内，第一腔体内安装有液压伸缩杆，液压伸缩杆的一端固连有液压泵，液压泵固定安装在第一腔体的内壁上，液压泵的一侧电性连接有PLC控制器(S7-200型)，液压伸缩杆的另一端与锚索的另一端固定连接，锚网贴合矿井的岩壁设置，对称设置的弧形钢的底端插入矿井底部的岩壁，锚杆的另一端依次贯穿锚网和弧形钢，锚杆的表面设有螺纹，锚网和弧形钢之间的锚杆表面套装有第一垫板，第一垫板与锚网抵接并使用第一螺母将第一垫板锁紧，锚杆远离岩壁的一端贯穿第二垫板并使用第二螺母锁紧，第二垫板和弧形钢之间设有第一刚性弹簧。在工作时，将装置接通电源，通过应力传感器实时监测矿井附近岩壁冲击地压的变化情况，岩层压力的初始值为X，当冲击地压增大时(岩层压力大于X)，PLC控制器接收到应力传感器传递的压力数据并控制液压泵将液压油挤入液压伸缩杆的无杆腔内使得液压伸缩杆伸长，使得锚杆和锚索整体伸长，进行卸力防止锚杆和锚索受到应力过大发生断裂，直至岩层压力恢复至初始值X，PLC控制器控制液压泵停止运作；当冲击地压减小时 (岩层压力小于X)，PLC控制器接收到应力传感器传递的压力数据并控制液压泵将液压油从液压伸缩杆的无杆腔吸走使得液压伸缩杆缩短，使得锚杆和锚索整体缩短以增强对岩层的紧固效果，直至岩层压力恢复至初始值X，PLC控制器控制液压泵停止运作，达到加固巷道围岩的效果。
具体的，所述第二垫板朝向岩壁的一侧设有挤压机构，挤压机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和压板，所述对称设置的第一连杆的一端固定安装在第二垫板朝向岩壁的一侧，第二连杆设置在弧形钢内的第二腔体内且第二连杆的中部贯穿设有固定轴，所述固定轴的两端与第二腔体的内侧壁固定连接，第一连杆的另一端贯穿伸入第二腔体内并与第二连杆的一端转动连接，第二连杆的另一端与第三连杆的一端转动连接，第三连杆的另一端贯穿伸出第二腔体并与压板的一侧固定连接。在工作时，将设备接通电源，当冲击地压增大时，液压伸缩杆伸长，使得锚杆和锚索整体伸长，锚杆带动第二垫板朝背离岩壁的方向移动，第一连杆带动第二连杆转动并通过第三连杆带动压板抵触压紧锚网，当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落，锚网在压板的支撑作用下可以更好的防止岩石坠落。
具体的，所述弧形钢的顶端固定安装有固定板，对称设置的固定板之间设有第二刚性弹簧，第二刚性弹簧的两端分别与对称设置的固定板相对的一侧固定连接。当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落时，对称设置的弧形钢顶端互相靠近并挤压第二刚性弹簧，对岩石坠落的冲击力进行卸力，同时和锚网一起起到支撑作用，提高抗冲击能力。
具体的，所述支梁包括第一支梁和第二支梁，第一支梁的一端与一侧的弧形钢的表面固定连接，第一支梁的另一端与活塞杆的一端固定连接，第二支梁的一端与另一侧的弧形钢的表面固定连接，第二支梁的另一端固定连接有活塞筒，活塞杆设有活塞头的另一端伸入活塞筒内，且活塞头与活塞筒的内侧壁密封滑动连接，活塞筒的表面与导流软管的一端固定连接，导流软管的一端与活塞筒连通，所述一侧的固定板内设有导流槽，导流软管的另一端与固定板固连且导流槽的一端连通，对称设置的固定板之间设有波纹软管，波纹软管的两端分别与对称设置的固定板固定密封连接，导流槽的另一端与波纹软管连通，波纹软管内装有液压油。当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落时，对称设置的弧形钢顶端互相靠近并挤压第二刚性弹簧，同时波纹软管收缩并挤压其内的液压油通过导流槽、导流软管进入活塞筒内活塞头左侧的腔体内，液压油挤压活塞头，带动活塞杆沿着活塞筒向右移动，是的支梁整体缩短拉紧，增加对称设置的弧形钢底部的稳定性，增加设备整体的支撑效果。
具体的，所述第一支梁和第二支梁的部分梁体呈波纹状。当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落时，巨大的冲击力传递至弧形钢上，起到支撑作用的第一支梁和第二支梁呈波纹状的部分梁体可以使得支梁瞬间收缩并起到让位作用，提高装置整体的抗冲击能力。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述的一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，锚索和锚杆的使用，通过应力传感器实时监测矿井附近岩壁冲击地压的变化情况，当冲击地压增大时， PLC控制器接收到应力传感器传递的压力数据并控制液压泵带动液压伸缩杆伸长，使得锚杆和锚索整体伸长，进行卸力防止锚杆和锚索受到应力过大发生断裂，当冲击地压减小时， PLC控制器接收到应力传感器传递的压力数据并控制液压泵带动液压伸缩杆缩短，使得锚杆和锚索整体缩短，进一步加固巷道的围岩。
(2)本发明所述的一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，挤压机构的使用，当冲击地压增大时，液压伸缩杆伸长，使得锚杆和锚索整体伸长，锚杆带动第二垫板朝背离岩壁的方向移动，第一连杆带动第二连杆转动并通过第三连杆带动压板抵触压紧锚网，当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落，锚网在压板的支撑作用下可以更好的防止岩石坠落。
(3)本发明所述的一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，对称设置的弧形钢以及第二刚性弹簧的使用，当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落时，对称设置的弧形钢顶端互相靠近并挤压第二刚性弹簧，对岩石坠落的冲击力进行卸力，同时和锚网一起起到支撑作用，提高抗冲击能力。
(4)本发明所述的一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，支梁的使用，当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落时，对称设置的弧形钢顶端互相靠近并挤压第二刚性弹簧，同时波纹软管收缩并挤压其内的液压油通过导流槽、导流软管进入活塞筒内活塞头左侧的腔体内，液压油挤压活塞头，带动活塞杆沿着活塞筒向右移动，是的支梁整体缩短拉紧，增加对称设置的弧形钢底部的稳定性，增加设备整体的支撑效果。
(5)本发明所述的一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，第一支梁和第二支梁的部分梁体呈波纹状设置，当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落时，巨大的冲击力传递至弧形钢上，起到支撑作用的第一支梁和第二支梁呈波纹状的部分梁体可以使得支梁瞬间收缩并起到让位作用，提高装置整体的抗冲击能力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明提供的一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置的整体结构示意图；
图2为图1所示的A部放大图；
图3为图1所示的B部放大图；
图4为图1所示的C部放大图；
图5为图1所示的D部放大图。
图中：1、锚索；11、应力传感器；2、锚杆；21、第一腔体；22、液压泵；221、PLC 控制器；23、液压伸缩杆；24、第一垫板；25、第一螺母；27、第二垫板；271、第一刚性弹簧；28、第二螺母；3、锚网；4、弧形钢；41、固定板；411、第二刚性弹簧；412、导流槽；413、波纹软管；42、第二腔体；5、支梁；51、第一支梁；511、活塞杆；5111、活塞头；52、第二支梁；521、活塞筒；6、水泥浆液；7、岩壁；8、挤压机构；81、第一连杆；82、第二连杆；821、固定轴；83、第三连杆；84、压板；9、导流软管。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-图5所示，本发明所述的一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，包括锚索1、锚杆2、锚网3、起支撑作用的弧形钢4和支梁5，所述锚索1和锚杆2插入岩壁7上浇筑有水泥浆液6的钻孔内，锚索1的一端固定安装有用于监测岩层冲击地压的应力传感器11(SQ-9216型测力传感器)，锚索1的另一端伸入锚杆2一端设置的第一腔体21内，第一腔体21内安装有液压伸缩杆23，液压伸缩杆23的一端固连有液压泵22，液压泵22固定安装在第一腔体21的内壁上，液压泵22的一侧电性连接有PLC控制器221 (S7-200型)，液压伸缩杆23的另一端与锚索1的另一端固定连接，锚网3贴合矿井的岩壁7设置，对称设置的弧形钢4的底端插入矿井底部的岩壁7，锚杆2的另一端依次贯穿锚网3和弧形钢4，锚杆2的表面设有螺纹，锚网3和弧形钢4之间的锚杆2表面套装有第一垫板24，第一垫板24与锚网3抵接并使用第一螺母25将第一垫板24锁紧，锚杆 2远离岩壁7的一端贯穿第二垫板27并使用第二螺母28锁紧，第二垫板27和弧形钢4之间设有第一刚性弹簧271。在工作时，将装置接通电源，通过应力传感器11实时监测矿井附近岩壁7冲击地压的变化情况，岩层压力的初始值为X，当冲击地压增大时(岩层压力大于X)，PLC控制器221接收到应力传感器11传递的压力数据并控制液压泵22将液压油挤入液压伸缩杆23的无杆腔内使得液压伸缩杆23伸长，使得锚杆2和锚索1整体伸长，进行卸力防止锚杆2和锚索1受到应力过大发生断裂，直至岩层压力恢复至初始值X，PLC 控制器221控制液压泵22停止运作；当冲击地压减小时(岩层压力小于X)，PLC控制器 221接收到应力传感器11传递的压力数据并控制液压泵22将液压油从液压伸缩杆23的无杆腔吸走使得液压伸缩杆23缩短，使得锚杆2和锚索1整体缩短以增强对岩层的紧固效果，直至岩层压力恢复至初始值X，PLC控制器221控制液压泵22停止运作，达到加固巷道围岩的效果。
具体的，所述第二垫板27朝向岩壁7的一侧设有挤压机构8，挤压机构8包括第一连杆81、第二连杆82、第三连杆83和压板84，所述对称设置的第一连杆81的一端固定安装在第二垫板27朝向岩壁7的一侧，第二连杆82设置在弧形钢4内的第二腔体42内且第二连杆82的中部贯穿设有固定轴821，所述固定轴821的两端与第二腔体42的内侧壁固定连接，第一连杆81的另一端贯穿伸入第二腔体42内并与第二连杆82的一端转动连接，第二连杆82的另一端与第三连杆83的一端转动连接，第三连杆83的另一端贯穿伸出第二腔体42并与压板84的一侧固定连接。在工作时，将设备接通电源，当冲击地压增大时，液压伸缩杆23伸长，使得锚杆2和锚索1整体伸长，锚杆2带动第二垫板27朝背离岩壁7的方向移动，第一连杆81带动第二连杆82转动并通过第三连杆83带动压板84 抵触压紧锚网3，当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落，锚网3在压板84的支撑作用下可以更好的防止岩石坠落。
具体的，所述弧形钢4的顶端固定安装有固定板41，对称设置的固定板41之间设有第二刚性弹簧411，第二刚性弹簧411的两端分别与对称设置的固定板41相对的一侧固定连接。当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落时，对称设置的弧形钢4顶端互相靠近并挤压第二刚性弹簧411，对岩石坠落的冲击力进行卸力，同时和锚网3一起起到支撑作用，提高抗冲击能力。
具体的，所述支梁5包括第一支梁51和第二支梁52，第一支梁51的一端与一侧的弧形钢4的表面固定连接，第一支梁51的另一端与活塞杆511的一端固定连接，第二支梁 52的一端与另一侧的弧形钢4的表面固定连接，第二支梁52的另一端固定连接有活塞筒521，活塞杆511设有活塞头5111的另一端伸入活塞筒521内，且活塞头5111与活塞筒 521的内侧壁密封滑动连接，活塞筒521的表面与导流软管9的一端固定连接，导流软管 9的一端与活塞筒521连通，所述一侧的固定板41内设有导流槽412，导流软管9的另一端与固定板41固连且导流槽412的一端连通，对称设置的固定板41之间设有波纹软管413，波纹软管413的两端分别与对称设置的固定板41固定密封连接，导流槽412的另一端与波纹软管413连通，波纹软管413内装有液压油。当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落时，对称设置的弧形钢4顶端互相靠近并挤压第二刚性弹簧411，同时波纹软管413收缩并挤压其内的液压油通过导流槽412、导流软管9进入活塞筒521内活塞头5111左侧的腔体内，液压油挤压活塞头5111，带动活塞杆511沿着活塞筒521向右移动，是的支梁5整体缩短拉紧，增加对称设置的弧形钢4底部的稳定性，增加设备整体的支撑效果。
具体的，所述第一支梁51和第二支梁52的部分梁体呈波纹状。当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落时，巨大的冲击力传递至弧形钢4上，起到支撑作用的第一支梁51和第二支梁52呈波纹状的部分梁体可以使得支梁5瞬间收缩并起到让位作用，提高装置整体的抗冲击能力。
工作时，将装置接通电源，通过应力传感器11实时监测矿井附近岩壁7冲击地压的变化情况，岩层压力的初始值为X，当冲击地压增大时(岩层压力大于X)，PLC控制器221 接收到应力传感器11传递的压力数据并控制液压泵22将液压油挤入液压伸缩杆23的无杆腔内使得液压伸缩杆23伸长，使得锚杆2和锚索1整体伸长，进行卸力防止锚杆2和锚索1受到应力过大发生断裂，直至岩层压力恢复至初始值X，PLC控制器221控制液压泵22停止运作；当冲击地压减小时(岩层压力小于X)，PLC控制器221接收到应力传感器11传递的压力数据并控制液压泵22将液压油从液压伸缩杆23的无杆腔吸走使得液压伸缩杆23缩短，使得锚杆2和锚索1整体缩短以增强对岩层的紧固效果，直至岩层压力恢复至初始值X，PLC控制器221控制液压泵22停止运作，达到加固巷道围岩的效果；当岩层内的冲击地压达到极限值致使岩体发生脆性断裂，造成大量岩石崩落时，对称设置的弧形钢4顶端互相靠近并挤压第二刚性弹簧411，对岩石坠落的冲击力进行卸力，同时和锚网3一起起到支撑作用，提高抗冲击能力，同时波纹软管413收缩并挤压其内的液压油通过导流槽412、导流软管9进入活塞筒521内活塞头5111左侧的腔体内，液压油挤压活塞头5111，带动活塞杆511沿着活塞筒521向右移动，是的支梁5整体缩短拉紧，增加对称设置的弧形钢4底部的稳定性，增加设备整体的支撑效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施方式和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，其特征在于：包括锚索(1)、锚杆(2)、锚网(3)、弧形钢(4)和支梁(5)，所述锚索(1)和锚杆(2)插入岩壁(7)上浇筑有水泥浆液(6)的钻孔内，锚索(1)的一端固定安装有用于监测岩层冲击地压的应力传感器(11)，锚索(1)的另一端伸入锚杆(2)一端设置的第一腔体(21)内，第一腔体(21)内安装有的液压伸缩杆(23)，液压伸缩杆(23)的一端固连有液压泵(22)，液压泵(22)固定安装在第一腔体(21)的内壁上，液压伸缩杆(23)的另一端与锚索(1)的另一端固定连接，锚网(3)贴合矿井的岩壁(7)设置，对称设置的弧形钢(4)的底端插入矿井底部的岩壁(7)，锚杆(2)的另一端依次贯穿锚网(3)和弧形钢(4)，锚杆(2)的表面设有螺纹，锚网(3)和弧形钢(4)之间的锚杆(2)表面套装有第一垫板(24)，第一垫板(24)与锚网(3)抵接并使用第一螺母(25)将第一垫板(24)锁紧，锚杆(2)远离岩壁(7)的一端贯穿第二垫板(27)并使用第二螺母(28)锁紧，第二垫板(27)和弧形钢(4)之间设有第一刚性弹簧(271)。
2.根据权利要求1所述的一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，其特征在于：所述第二垫板(27)朝向岩壁(7)的一侧设有挤压机构(8)，挤压机构(8)包括第一连杆(81)、第二连杆(82)、第三连杆(83)和压板(84)，所述对称设置的第一连杆(81)的一端固定安装在第二垫板(27)朝向岩壁(7)的一侧，第二连杆(82)设置在弧形钢(4)内的第二腔体(42)内且第二连杆(82)的中部贯穿设有固定轴(821)，所述固定轴(821)的两端与第二腔体(42)的内侧壁固定连接，第一连杆(81)的另一端贯穿伸入第二腔体(42)内并与第二连杆(82)的一端转动连接，第二连杆(82)的另一端与第三连杆(83)的一端转动连接，第三连杆(83)的另一端贯穿伸出第二腔体(42)并与压板(84)的一侧固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，其特征在于：所述弧形钢(4)的顶端固定安装有固定板(41)，对称设置的固定板(41)之间设有第二刚性弹簧(411)，第二刚性弹簧(411)的两端分别与对称设置的固定板(41)相对的一侧固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，其特征在于：所述支梁(5)包括第一支梁(51)和第二支梁(52)，第一支梁(51)的一端与一侧的弧形钢(4)的表面固定连接，第一支梁(51)的另一端与活塞杆(511)的一端固定连接，第二支梁(52)的一端与另一侧的弧形钢(4)的表面固定连接，第二支梁(52)的另一端固定连接有活塞筒(521)，活塞杆(511)设有活塞头(5111)的另一端伸入活塞筒(521)内，且活塞头(5111)与活塞筒(521)的内侧壁密封滑动连接，活塞筒(521)的表面与导流软管(9)的一端固定连接，导流软管(9)的一端与活塞筒(521)连通，所述一侧的固定板(41)内设有导流槽(412)，导流软管(9)的另一端与固定板(41)固连且导流槽(412)的一端连通，对称设置的固定板(41)之间设有波纹软管(413)，波纹软管(413)的两端分别与对称设置的固定板(41)固定密封连接，导流槽(412)的另一端与波纹软管(413)连通。
5.根据权利要求4所述的一种深部矿井冲击地压的监测和耦合一体化防护装置，其特征在于：所述第一支梁(51)和第二支梁(52)的部分梁体呈波纹状。
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