CN216950483U - 一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置，属于矿井设备技术领域。该多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置，通过磁场发生器所产生的匀强磁场，使其第一空间内部受到洛伦兹力影响，进而使带电粒子偏转90°时，其能够恰好通过第二小孔进入到第二空间，使其当易失稳岩层出现沉陷时，其第一连接杆带动负电极板出现竖向的位移，使其负电极板受到带电粒子撞击位置变化，进而通过显示器检测后通过报警器发出警报即可，这种方式主要针对与顶板岩层稳态的监测报警，并且对顶板岩层沉降速率进行监测，大大提高巷道顶板岩层稳态监测效率，降低人工监测的物发误差以及潜在危险，保障监测的准确性。

Description

一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置

技术领域

本实用新型属于矿井设备技术领域，具体为一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置。

背景技术

井下煤矿开采过程中，巷道顶板的沉降位移监测及沉降速率监测是矿山压力观测的重要内容之一，以往常用布置巷道顶板位移计的方式进行监测，其具体测量方法为：在煤矿井下巷道顶板岩层中打几个不同深度的钻孔，将连接有细钢丝绳的锚爪顺着钻孔伸入顶板岩层中，钢丝绳的另一端连接着张紧的卷尺，当锚爪随着岩层下沉时，此时连在锚爪上的钢丝绳也会随之位移，而另一端张紧的卷尺会收缩，此时通过卷尺刻度可看出岩层的位移情况。该法的主要缺陷主要有以下几方面：①卷尺需放置在巷道顶板，每次监测时，需人工进行读数，存在潜在危险；②当卷尺中的弹簧长时间处于张紧状态时，易产生材料疲劳现象而失效；③只能对顶板下沉位移进行监测，不能对顶板下沉速率进行监测，而实际生产过程中，顶板沉降速率的监测是判断顶板来压的重要因素；④操作复杂、繁琐、费时费力、且矿井下实际测量效果不好，测量精度不够。目前已公开专利有一种巷道帮部位移测量设备及方法公开号为：CN201911116685.5，其中明确达到的好处为“根据带电粒子在匀强电场和匀强磁场中的运动规律来进行巷道帮部蠕变位移量的测量，可使巷道帮部蠕变位移量的测量结果准确性大大提高，同时可提高测量的便捷性与高效性，而且在巷道帮部蠕变位移量测量的同时能够保证井下的正常生产，不影响行人及通车，确保生产作业的正常进行”然而该类方式针对于检测巷道帮部蠕变位移量测量，并不能实现对顶部岩层稳态监测并实现报警，故而需要一种能够实现顶部岩层稳态监测的设备来取代传统检测方式。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置，解决了传统监测方式人工观测强度大，存在潜在的危险，且传统的测量装置易出现故障导致侧拉领不精准，同时传统方式智能对顶板下沉的位移监测，无法对下沉速率进行有效的监测并记录的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置，包括第一壳体，所述第一壳体的右侧面与第二壳体的左侧面固定连接，所述第一壳体内壁的上下两表面分别为上界板和下界板，所述上界板和下界板的相对面固定连接有两个磁场发生器，所述上界板内壁的上表面开设有第一小孔，所述第一小孔的上方设置有发射源，所述第二壳体上表面开设的两个滑孔内分别滑动连接有正电极板和负电极板，所述正电极板和第二壳体的左侧面均开设有第二小孔，所述正电极板和负电极板的上方分别设置有第一连接杆和第二连接杆。

作为本实用新型的进一步方案：所述第一连接杆的顶端通过第一锚爪卡接在易失稳岩层内壁开设的第一钻孔内壁，所述第二连接杆的顶端通过第二锚爪卡接在稳定岩层内壁开设的第二钻孔内壁。

作为本实用新型的进一步方案：所述第一连接杆的底端与负电极板上表面的第一固定端固定连接，所述第二连接杆的底端与正电极板上表面设置的第二固定端固定连接。

作为本实用新型的进一步方案：所述正电极板的左侧面设置有电源，所述负电极板的表面电连接有显示屏和警报器。

作为本实用新型的进一步方案：所述第一壳体与第二壳体的内壁分别设置有第一空间和第二空间。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

该多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置，通过磁场发生器所产生的匀强磁场，使其第一空间内部受到洛伦兹力影响，进而使带电粒子偏转90°时，其能够恰好通过第二小孔进入到第二空间，使其在正电极板和负电极板产生的匀强电场作用下，使其受到水平向右的电场力，使其垂直撞击到负电极板上，进而通过负电极板外界的显示屏显示负电极板接收带电粒子的撞击位置，使其当易失稳岩层出现沉陷时，其第一连接杆带动负电极板出现竖向的位移，使其负电极板受到带电粒子撞击位置变化，进而通过显示器检测后通过报警器发出警报即可，这种方式主要针对与顶板岩层稳态的监测报警，并且对顶板岩层沉降速率进行监测，大大提高巷道顶板岩层稳态监测效率，降低人工监测的物发误差以及潜在危险，保障监测的准确性。

附图说明

图1为本实用新型立体的结构示意图；

图2为本实用新型立体的剖面结构示意图；

图3为本实用新型监测原理展示图；

图中：1、发射源，2、带电粒子，3、上界板，4、下界板，5、磁场发生器，6、正电极板，7、负电极板，8、第一固定端，9、第一连接杆，10、第一锚爪，11、第二固定端，12、第二连接杆，13、第二锚爪，14、显示屏，15、第一小孔，16、第二小孔，17、电源，18、第一钻孔，19、第二钻孔，20、警报器，21、第一壳体，22、第二壳体。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

如图1-3所示，本实用新型提供一种技术方案：一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置，包括第一壳体21，第一壳体21的右侧面与第二壳体22的左侧面固定连接，第一壳体21内壁的上下两表面分别为上界板3和下界板4，上界板3和下界板4的相对面固定连接有两个磁场发生器5，上界板3内壁的上表面开设有第一小孔15，第一小孔15的上方设置有发射源1，第二壳体22上表面开设的两个滑孔内分别滑动连接有正电极板6和负电极板7，正电极板6和第二壳体22的左侧面均开设有第二小孔16，正电极板6和负电极板7的上方分别设置有第一连接杆9和第二连接杆12。

第一连接杆9的顶端通过第一锚爪10卡接在易失稳岩层内壁开设的第一钻孔18内壁，第二连接杆12的顶端通过第二锚爪13卡接在稳定岩层内壁开设的第二钻孔19内壁。通过采用第一锚爪10和第二锚爪13，使其能够方便分别保持第一连接杆9和第二连接杆12位于对应的岩层内部进行固定，便于进行实时的监测。

第一连接杆9的底端与负电极板7上表面的第一固定端8固定连接，第二连接杆12的底端与正电极板6上表面设置的第二固定端11固定连接。通过设置第一固定端8，第一固定端8和第二固定端11能够保持与第一连接杆9和第二连接杆12的准确安装位置，使其更为标准化。

正电极板6的左侧面设置有电源17，负电极板7的表面电连接有显示屏14和警报器20。通过设置显示屏14，显示屏14能够便于对其进行整体查看，能够保持良好的监测效果。

第一壳体21与第二壳体22的内壁分别设置有第一空间和第二空间。

本实用新型的工作原理为：

用发射源1连续发射带电粒子2，带电粒子2所带电为正电，带电量为q，通过上界板3中间的第一小孔15，第一壳体21和第二壳体22内部分别为第一空间和第二空间，第一空间外有第一壳体21包裹，第一壳体21起到保护内部结构的作用，而第一空间由于前后存在有磁场发生器5，会在第一空间形成匀强磁场，匀强磁场大小为B，当带电粒子2通过第一小孔15进入第一空间时，由于第一空间存在匀强磁场的作用，会受到洛伦兹力的影响，导致带电粒子2在磁场中做匀速圆周运动，即：

f_洛＝Bv₁q＝mv₁ ²/R；

式中：f_洛为带电粒子2在匀强磁场中受到的洛伦兹力；

B为匀强磁场的场强大小；

v₁为带电粒子2进入第一空间的初速度；

q为带电粒子2带电量；

m为带电粒子2质量；

R为带电粒子2所做匀速圆周运动的圆的半径。

第一空间的下边界为下界板4，当带电粒子2偏转时，恰好通过其右侧的正电极板6中间的第二小孔16进入第二空间，第二空间的左边界为正电极板6，右边界为负电极板7，正电极板6和负电极板7表面有第二壳体22包裹，第二壳体22起到保护内部结构的作用，正电极板6与负电极板7相互平行，且两者之间距离为d，正电极板6与电源17接通，正电极板6与负电极板7之间存在匀强电场，匀强电场的场强为E，当第一空间的带电粒子2通过正电极板6中间的第二小孔16进入第二空间时，由于带电粒子2带正电，所以会在第二空间中受到水平向右的电场力

f_电＝Eq；

式中：f_电为带电粒子2在电场中所受的电场力；

导致带电粒子2以速度v₂，垂直打在负电极板7上，其中v₂为带电粒子2打在负电极板7上的速度，其计算方法为：

负电极板7外接显示屏14，负电极板7可连续接收带电粒子2，并记录带电粒子2接收点位置，显示屏14可显示出负电极板7接收到的带电粒子2位置d_i第1条带电粒子2在负电极板7所留位置为d₁，第2条带电粒子2在负电极板7所留位置为d₂......第i条带电粒子2在负电极板7所留位置为d_i......第n条带电粒子2在负电极板7所留位置为d_n，其中，i＝1，2，3......n，并通过计算前后两条带电粒子2在负电极板7上所留位置的间距d_jid_j1为第1条带电粒子2在负电极板7所留位置d₁与第2条带电粒子2在负电极板7所留位置d₂之间的距离，即d_j1＝d₁-d₂；d_j2为第2条带电粒子2在负电极板7所留位置d₂与第3条带电粒子2在负电极板7所留位置d₃之间的距离，即d_j2＝d₂-d₃......d_ji为第i条带电粒子2在负电极板7所留位置di与第i+1条带电粒子2在负电极板7所留位置d_i+1之间的距离，即d_ji＝d_i-d_i+1，......d_jn为第n条带电粒子2在负电极板7所留位置d_n与第n+1条带电粒子2在负电极板7所留位置d_n+1之间的距离，即d_jn＝d_n-d_n+1，其中，i＝1，2，3......n，并同时记录两条带电粒子2在负电极板7所留位置的显示时间t_i，t₁为第1条带电粒子2在负电极板7所留位置的显示时间，t₂为第2条带电粒子2在负电极板7所留位置的显示时间......t_i为第i条带电粒子2在负电极板7所留位置的显示时间......t_n为第n条带电粒子2在负电极板7所留位置的显示时间，其中，i＝1，2，3......n，并以此计算出易失稳岩层的沉降速率v_i，v₁为第1条带电粒子2在负电极板7所留位置到第2条带电粒子2在负电极板7所留位置的速率，即v₁＝d_j1/t₂-t₁＝d₁-d₂/t₂-t₁；v₂为第2条带电粒子2在负电极板7所留位置到第3条带电粒子2在负电极板7所留位置的速率，即：

v₁...v₂＝d_j2/t₃-t₂＝d₂-d₃/t₃-t₂...v₃...v_i；

其中v_i为第i条带电粒子2在负电极板7所留位置到第i+1条带电粒子2在负电极板7所留位置的速率，即：

v_i＝d_ji/t_i+1-t_i＝d_i-d_i+1/t_i+1-t_i......v_n；

其中v_n为第n条带电粒子2在负电极板7所留位置到第n+1条带电粒子2在负电极板7所留位置的速率，即：

v_n＝d_jn/t_n+1-t_n＝d_n-d_n+1/t_n+1-t_n。

负电极板7上端连接第一固定端8，第一固定端8上端又固定有第一连接杆9，第一连接杆9最上方连接有第一锚爪10，在巷道顶板打第一钻孔18至易失稳岩层中，将第一锚爪10顺着第一钻孔18锚固在易失稳岩层中，使其随易失稳岩层的下沉而下沉；同时在正电极板6最上方连接第二固定端11，第二固定端11上端又固定有第二连接杆12，第二连接杆12最上方连接有第二锚爪13，在巷道顶板打第二钻孔19至稳定岩层中，将第二锚爪13顺着第二钻孔19锚固在稳定岩层中，使其保持不动。

具体使用时，当易失稳岩层发生沉降时，会带动锚固于其中的第一锚爪10向下运动，第一锚爪10带动第一连接杆9向下运动，第一连接杆9带动第一锚固端向下运动，第一锚固端推动负电极板7向下运动，而此时由于稳定岩层稳定不动，所以第二锚爪13、第二连接杆12、第二固定端11、正电极板6均不动。当发射源1发射的带电粒子2穿过第一空间通过第二小孔16进入第二空间时，当负电极板7随易失稳岩层发生下沉时，会在使得带电粒子2在负电极板7留下位置不同的光亮条带，通过上述方法，可在显示屏14上显示出易失稳岩层的第i秒的沉降值d_jii＝1，2，3......n和沉降速率v_ii＝1，2，3......n，当易失稳岩层的第i秒的沉降值d_jii＝1，2，3......n和沉降速率v_ii＝1，2，3......n超过预设定值时，警报器20响起警报。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置，包括第一壳体(21)，其特征在于：所述第一壳体(21)的右侧面与第二壳体(22)的左侧面固定连接，所述第一壳体(21)内壁的上下两表面分别为上界板(3)和下界板(4)，所述上界板(3)和下界板(4)的相对面固定连接有两个磁场发生器(5)，所述上界板(3)内壁的上表面开设有第一小孔(15)，所述第一小孔(15)的上方设置有发射源(1)，所述第二壳体(22)上表面开设的两个滑孔内分别滑动连接有正电极板(6)和负电极板(7)，所述正电极板(6)和第二壳体(22)的左侧面均开设有第二小孔(16)，所述正电极板(6)和负电极板(7)的上方分别设置有第一连接杆(9)和第二连接杆(12)。

2.根据权利要求1所述的一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置，其特征在于：所述第一连接杆(9)的顶端通过第一锚爪(10)卡接在易失稳岩层内壁开设的第一钻孔(18)内壁，所述第二连接杆(12)的顶端通过第二锚爪(13)卡接在稳定岩层内壁开设的第二钻孔(19)内壁。

3.根据权利要求1所述的一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置，其特征在于：所述第一连接杆(9)的底端与负电极板(7)上表面的第一固定端(8)固定连接，所述第二连接杆(12)的底端与正电极板(6)上表面设置的第二固定端(11)固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置，其特征在于：所述正电极板(6)的左侧面设置有电源(17)，所述负电极板(7)的表面电连接有显示屏(14)和警报器(20)。

5.根据权利要求1所述的一种多因素矿用巷道顶板岩层稳态监测警报装置，其特征在于：所述第一壳体(21)与第二壳体(22)的内壁分别设置有第一空间和第二空间。

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