一种用于单轨吊的超前探测预警系统及方法
技术领域
本发明涉及涉及煤矿大变形水平巷道等井巷工程
技术领域
，具体涉及一种用于单轨吊的超前探测预警系统及方法。背景技术
现阶段，煤矿多以井工开采为主，需要在井下掘进规模巨大的巷道工程。受制于采掘应力环境日趋复杂及巷道迎头帮部不能及时支护等原因，开挖后的巷道后期两帮移近量较大，甚者会导致巷道不能满足正常生产需求。煤矿通常使用单轨吊向生产工作面内运输施工所用材料及人员，而单轨吊车厢及单轨吊车头宽度尺寸较大，从而在其运行过程中需要一定的巷道跨度空间。当巷道两帮移近量超过一定范围时，两帮已经施工的锚索外露端则必然会给运行当中的单轨吊造成剐蹭，易造成单轨吊仰翻或者倾翻从而会造成难以预料的安全事故，事实上，单轨吊在运行过程中因被剐蹭从而致灾的事故时有发生，且在已经统计的巷道安全事故之中占有较大的比例。
现有的单轨吊为了防止剐蹭致灾的情况发生，多直接在单轨吊车头厢体中安装以紧急制动为主的防拉撞装置，以此来减少损害，这种方式在一定程度上起到了降低发生安全事故可能性的作用，但在围岩变形较大的水平巷道中，当实际发生碰撞之后，车厢倾翻或者仰翻往往都是瞬发性的，很难通过相关措施对其进行有效的紧急安全制动，从而并不能高效的避免安全事故的发生，故现有的技术尚不能起到有效减少灾害发生的作用，更不能起到超前探测提前预警的作用。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于单轨吊的超前探测预警系统及方法，该系统结构简单，能够准确监测预判巷道两帮煤岩体的变形情况，可有效起到减少灾害发生的作用。该方法步骤简单，能在巷道两帮煤岩体变形超过特定范围临界值时进行预警，并能根据变形范围分段分类采取相应的措施以进行及时有效的预警。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于单轨吊的超前探测预警系统，包括两个连杆和两个探测预警机构；
两个连杆的里端相对的固定连接在单轨吊车头外部的左端和右端；
两个探测预警机构左右对称的设置在两个连杆外端的外侧；
所述探测预警机构包括外壳、线状光栅探测仪、记录模块、报警模块和处理器模块；所述外壳的里端与连杆的外端固定连接；所述线状光栅探测仪固定连接在外壳的外端；所述记录模块、报警模块和处理器模块均安装在外壳的内部；所述处理器模块分别与线状光栅探测仪、记录模块和报警模块连接。
进一步，为了实时获得单轨吊车的运行速度，并能在紧急状态下向单轨吊车头制动系统发出紧急制动信号，所述处理器模块还与单轨吊车头制动系统和单轨吊车头测速系统连接。
进一步，为了提高提醒效果，所述报警模块为声光报警器。
进一步，为了避免探测预警机构被巷道帮部中的锚索剐蹭而发生损坏，所述外壳的外端与单轨吊车厢的外边界相持平。
作为一种优选，所述探测预警机构还包括电源模块，所述电源模块安装在外壳的内部，其分别为线状光栅探测仪、处理器模块、记录模块和报警模块进行直流电源的供应。
在该技术方案中，通过在单轨吊车头的左右两侧设置两个探测预警机构，并采用线状光栅探测仪无接触式的探测外侧障碍物到单轨吊车厢的距离，能够超前的获得前方运行范围内的巷道帮部的变形情况，并能在变形量不满足通行条件时，通过报警模块进行及时的鸣笛示警提醒，以便于单轨吊司机或操作者能够及时采取有效的应急制动措施保障运行的安全性。本系统结构简单，制造成本低，在原有基础上能实现便捷快速的安装，且不会对原有基础形成任何影响，便于大范围推广应用，能够准确监测预判巷道两帮煤岩体的变形情况，可有效起到减少灾害发生的作用。
本发明还提供了一种用于单轨吊的超前探测预警方法，包括以下步骤：
步骤一：将两个探测预警机构通过两根连杆分别安装在单轨吊车头外部的左端和右端；在单轨吊于巷道中运行之前，测量出变形前巷道帮部与线状光栅探测仪之间的水平距离L1；开启探测预警机构，使其处于工作状态，利用线状光栅探测仪以β角度的发射角向斜前方发射红外线至巷道帮部进行测距，并把一束红外线所测得距离中的最小值记为L；
步骤二：处理器模块根据线状光栅探测仪所测得的距离最小值L和发射角β，通过公式L2＝Lsinβ计算单轨吊车头前方一定范围内变形后巷道帮部与线状光栅探测仪之间的水平距离L2；
步骤三：处理器模块根据水平距离L2与L1计算两者的差值S，再根据S与L1的比值对应出单轨吊车前方巷道帮部的变形情况，并得到不同的处理措施；其中，若S<0.3L1，则表示前方巷道帮部的变形量不大，且单轨吊车可顺利通过，此时，处理器模块不发出任何控制信号，单轨吊车继续通过，其运行状态不受任何干涉；若0.3L1≤S≤0.5L1，则表示前方巷道帮部的变形超过了一定范围，但单轨吊车仍可顺利通过，此时，处理器模块控制记录模块记录该变形范围内的巷道里程，同时，单轨吊车仍继续通过，其运行状态不受任何干涉；若S>0.5L1，则表示前方巷道帮部变形超过了特定范围，单轨吊车已不可通过，处理器模块向报警模块发出报警信号进行鸣笛报警，以提醒单轨吊司机或操作者采取应急措施；
步骤四：在单轨吊司机或操作者听到报警模块鸣笛报警后，先对单轨吊车启动低速缓慢运行模式，再采取紧急制动措施，使单轨吊车停止于巷道帮部变形量过大区域的上游段，以避免单轨吊车厢被锚索剐蹭；在单轨吊车停止后，再对变形后巷道帮部中锚索的外露端进行截断作业和补强支护处理，并在处理完毕后使单轨吊车通过该区域继续前行直至运行结束。
进一步，为了能快速有效的定位到变形量大的巷道帮部，同时，也能方便对变形量大的巷道帮部进行高效的修复，在步骤四中，在单轨吊车运行结束后，相关工作人员根据记录模块所记录的里程数据，对变形后巷道帮部中锚索的外露端进行截断作业和补强支护处理，使其满足单轨吊车安全快速通过的条件，以防止其继续大量变形并妨碍后续单轨吊车的顺利通过。
进一步，为了能有效的提高探测效果，在步骤一中，β角度为20～60度。
进一步，为了能在单轨吊司机或操作者未能及时采取紧急制动措施的情况下，自动的通过单轨吊车头制动系统进行紧急制动，以能采取双重保障措施来确保单轨吊车安全稳定可靠的运行，在步骤四中，在处理器模块发出报警信号后的设定时间后，单轨吊车的运行速度仍未下降到设定范围内时，处理器模块向单轨吊车头制动系统发出紧急制动信号，单轨吊车头制动系统在接收到紧急制动信号后自动控制单轨吊车进行紧急制动动作，使单轨吊车停止于巷道帮部变形量过大区域的上游段，以避免单轨吊车厢被锚索剐蹭。
本方法步骤简单，自动化程度高，便于实际作业过程中的可靠应用，能在单轨吊车厢与巷帮发生实际碰撞之前，及时的进行超前探测预警，其预警效果理想，并能根据变形范围分段分类的应急措施，从而能有效的保证单轨吊车的稳定可靠运行。
附图说明
图1是本发明中超前探测预警系统的安装结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的正视图；
图4是本发明中超前探测预警系统的结构示意图。
图中：1、巷道，2、单轨吊车头，3、探测预警机构，4、连杆，5、锚索，6、单轨吊车厢，7、工字钢，8、巷道帮部，3-1、外壳，3-2、线状光栅探测仪，3-3、处理器模块，3-4、记录模块，3-5、报警模块。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，一种用于单轨吊的超前探测预警系统，包括两个连杆4和两个探测预警机构3；
两个连杆4的里端相对的固定连接在单轨吊车头2外部的左端和右端；
两个探测预警机构3左右对称的设置在两个连杆4外端的外侧；
所述探测预警机构3包括外壳3-1、线状光栅探测仪3-2、记录模块3-4、报警模块3-5和处理器模块3-3；所述外壳3-1的里端与连杆4的外端固定连接；所述线状光栅探测仪3-2固定连接在外壳3-1的外端，用于实时检测外侧障碍物的距离信号，并将距离信号实时发送给处理器模块3-3；所述记录模块3-4安装在外壳3-1的内部，用于根据处理器模块3-3的控制对巷道1的里程进行记录；所述报警模块3-5安装在外壳3-1的内部，用于根据处理器模块3-3的控制进行报警；所述处理器模块3-3安装在外壳3-1的内部，且分别与线状光栅探测仪3-2、记录模块3-4和报警模块3-5连接，用于对接收到的距离信号进行可通过性分析，并根据可通过性分析结果控制报警模块3-5和记录模块3-4的对应动作。
为了提高前方巷道帮部变形量的超前探测效果，线状光栅探测仪3-2的长度方向沿竖直方向的延伸；
为了实时获得单轨吊车的运行速度，并能在紧急状态下向单轨吊车头制动系统发出紧急制动信号，所述处理器模块3-3还与单轨吊车头2制动系统和单轨吊车头2测速系统连接，处理器模块3-3还用于在可通过性无法满足通过条件时，对设定时间后的单轨吊车运动速度进行监测，并在设定时间后运行速度未达到设定范围时控制单轨吊车头2制动系统进行紧急制动动作。
为了提高提醒效果，所述报警模块3-5为声光报警器。
为了避免探测预警机构被巷道帮部中的锚索剐蹭而发生损坏，所述外壳3-1的外端与单轨吊车厢6的外边界相持平。
作为一种优选，所述探测预警机构3还包括电源模块，所述电源模块安装在外壳3-1的内部，其分别为线状光栅探测仪3-2、处理器模块3-3、记录模块3-4和报警模块3-5进行直流电源的供应。
通过在单轨吊车头的左右两侧设置两个探测预警机构，并采用线状光栅探测仪无接触式的探测外侧障碍物到单轨吊车厢的距离，能够超前的获得前方运行范围内的巷道帮部的变形情况，并能在变形量不满足通行条件时，通过报警模块进行及时的鸣笛示警提醒，以便于单轨吊司机或操作者能够及时采取有效的应急制动措施保障运行的安全性。本系统结构简单，制造成本低，在原有基础上能实现便捷快速的安装，且不会对原有基础形成任何影响，便于大范围推广应用，能够准确监测预判巷道两帮煤岩体的变形情况，可有效起到减少灾害发生的作用。
本发明还提供了一种用于单轨吊的超前探测预警方法，包括以下步骤：
步骤一：将两个探测预警机构3通过两根连杆4分别安装在单轨吊车头2外部的左端和右端；在单轨吊于巷道1中运行之前，测量出变形前巷道帮部8与线状光栅探测仪3-2之间的水平距离L1；开启探测预警机构3，使其处于工作状态，利用线状光栅探测仪3-2以β角度的发射角向斜前方发射红外线至巷道帮部8进行测距，并把一束红外线所测得距离中的最小值记为L；
步骤二：处理器模块3-3根据线状光栅探测仪3-2所测得的距离最小值L和发射角β，通过公式L2＝Lsinβ计算单轨吊车头2前方一定范围内变形后巷道帮部8与线状光栅探测仪3-2之间的水平距离L2；
步骤三：处理器模块3-3根据水平距离L2与L1计算两者的差值S，再根据S与L1的比值对应出单轨吊车前方巷道帮部8的变形情况，并得到不同的处理措施；其中，若S<0.3L1，则表示前方巷道帮部8的变形量不大，且单轨吊车可顺利通过，此时，处理器模块3-3不发出任何控制信号，单轨吊车继续通过，其运行状态不受任何干涉；若0.3L1≤S≤0.5L1，则表示前方巷道帮部8的变形超过了一定范围，但单轨吊车仍可顺利通过，此时，处理器模块3-3控制记录模块3-4记录该变形范围内的巷道1里程，同时，单轨吊车仍继续通过，其运行状态不受任何干涉；若S>0.5L1，则表示前方巷道帮部8变形超过了特定范围，单轨吊车已不可通过，处理器模块3-3向报警模块3-5发出报警信号进行鸣笛报警，以提醒单轨吊司机或操作者采取应急措施；
步骤四：在单轨吊司机或操作者听到报警模块3-5鸣笛报警后，先对单轨吊车启动低速缓慢运行模式，再采取紧急制动措施，使单轨吊车停止于巷道帮部8变形量过大区域的上游段，以避免单轨吊车厢6被锚索5剐蹭；在单轨吊车停止后，再对变形后巷道帮部8中锚索5的外露端进行截断作业和补强支护处理，并在处理完毕后使单轨吊车通过该区域继续前行直至运行结束。
为了能快速有效的定位到变形量大的巷道帮部，同时，也能方便对变形量大的巷道帮部进行高效的修复，在步骤四中，在单轨吊车运行结束后，相关工作人员根据记录模块3-4所记录的里程数据，对变形后巷道帮部8中锚索5的外露端进行截断作业和补强支护处理，使其满足单轨吊车安全快速通过的条件，以防止其继续大量变形并妨碍后续单轨吊车的顺利通过。
为了能有效的提高探测效果，在步骤一中，β角度为20～60度。
为了能在单轨吊司机或操作者未能及时采取紧急制动措施的情况下，自动的通过单轨吊车头制动系统进行紧急制动，以能采取双重保障措施来确保单轨吊车安全稳定可靠的运行，在步骤四中，在处理器模块3-3发出报警信号后的设定时间后，单轨吊车的运行速度仍未下降到设定范围内时，处理器模块3-3向单轨吊车头2制动系统发出紧急制动信号，单轨吊车头2制动系统在接收到紧急制动信号后自动控制单轨吊车进行紧急制动动作，制动系统动作后通过单轨吊车中的制动机构与工字钢7相互作用进行紧急制动，从而使单轨吊车停止于巷道帮部8变形量过大区域的上游段，以避免单轨吊车厢6被锚索5剐蹭。
本方法步骤简单，自动化程度高，便于实际作业过程中的可靠应用，能在单轨吊车厢与巷帮发生实际碰撞之前，及时的进行超前探测预警，其预警效果理想，并能根据变形范围分段分类的应急措施，从而能有效的保证单轨吊车的稳定可靠运行。
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