一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统
技术领域
本发明涉及巷道支护领域，特别涉及一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统领域。
背景技术
众所周知，对于遭受冲击地压的巷道来说，由于原来的应力平衡被打破，应力需要找到新的平衡点，此时由于外部的应力（能量）远大于围岩的极限应力状态，本质上是深部岩体与巷道的浅表围岩存在着很大的应力差，深部岩体应力有向浅表围岩压迫并最终趋于平衡的趋势，具体表现在巷道具有明显的矿压显现，伴随着大量煤（矿）、岩碎块抛出，使巷道收缩变形，释放应变能，直至巷道垮塌、应力趋于平衡为止,冲击地压是发生在煤岩体地层中的动力灾害现象，是岩煤体在其内外物理力学变化及应力综合作用下快速破裂的结果，是典型的不可逆能量耗散过程。在这些动力过程中，煤岩体自外界获得的能量和地层形成过程中储存的能量会以各种形式释放和耗散，如弹性能、便面能、压缩气体的膨胀能、热能等。冲击矿压的巨大破坏性在于煤岩体瞬间释放出大量的能；
对于冲击矿压的治理措施，主要从战略性防御和主动解危两个方面进行，战略性防御措施主要有开采解放层，在进行开采设计时，选择合适的开采顺序，开采方法和采煤工艺，先开采无冲击危险的煤层，力争消除形成冲击矿压发生的因素，冲击矿压的主动解危措施主要有卸压爆破，煤层注水，钻孔卸压，定向裂缝法等方法等；
其中，卸压爆破方法能最大限度地释放聚积在煤体中的弹性能，在煤帮附近形成卸压破坏区，使压力升高区向煤体深部转移；振动爆破的合理布置及合理的装药量，不仅形成岩体震动，在一定程度上形成煤体的松动带，且落煤方便；炸药爆炸形成的爆轰波（应力波）与开采形成的压力叠加，超过其极限状态，使岩体卸压或引发冲击矿压，研究表明：电磁辐射是煤体等非均质材料在受载情况下发生变形及破裂的结果，是由煤体各部分的非均匀变速变形引起的电荷迁移和裂纹扩展过程中形成的带电粒子产生变速运动而形成的，实验发现各种煤岩混凝土流变破裂时均有宽频电磁辐射产生，电磁辐射较声发射信号敏感，且具有Kaiser记忆效应，电磁辐射信号可以反映煤岩体破坏的程度和快慢，主要记录指标有电磁辐射信号强度幅值和脉冲次数，卸压爆破后30分钟内，若电磁辐射的脉冲数变化剧烈，说明在这期间煤壁内变形破坏剧烈，将可能发生冲击矿压，这样在对冲击矿压进行卸压爆破的方式泄压过程中存在着较大的危险性，现有技术无法对冲击矿压进行卸压爆破的方式泄压过程中存在的危险信号进行有效监测、有效评估和有效治理；
为此，我们经过大量研究而提出一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统，通过在巷道本体内部设置的监测车体，监测车体行驶至爆破位置，一号电机带动线盘转动，对钢丝绳进行释放，弧形支撑板在推杆和压缩弹簧的作用下进行同心圆扩张运动，而弧形支撑板、弧形内支撑圈和线圈的圆心位于同一位置，这样使弧形支撑板与爆破巷道面紧密接触，以对爆破面提供弹性支撑，同时注浆锚杆植入设备将注浆锚杆穿过锚杆植入口植入岩体中，使弧形支撑板和岩体构成弹性均质整体，进而缓冲因泄压爆破过于剧烈引发爆破巷道面垮塌事故；转动电机通过连杆带动滑槽在圆形导轨的外表面做环绕运动以对巷道爆破平面内的宽频电磁辐射信号进行全面探测，对冲击低压产生的位置进行准确定位，而控制器控制注浆设备控制单元对该位置打入的注浆锚杆进行快速注浆，以粘结岩壁内破碎的岩体，这样对冲击矿压进行卸压爆破的方式泄压过程中存在的危险信号进行准确探测并可快速修复，具有较好的安全性，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：本发明的客体是一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统。
一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统，包括设置在地面控制中心的地面控制模块、设置在巷道内部的实时监控模块、微处理器和监测车体，所述实时监控模块与地面控制模块之间通过分布式信息传送模块进行信息互传，所述监测车体在巷道本体内部的传送轨道上滑动，所述监测车体的上表面设置有支撑防护模块；
其中，所述支撑防护模块包括固定安装在监测车体上表面的弧形内支撑圈，所述弧形内支撑圈的外延固定安装有支撑臂，所述支撑臂的侧面固定安装有对注浆锚杆进行植入的注浆锚杆植入设备，所述弧形内支撑圈的圆心处固定安装有线传送槽，所述弧形支撑板做同心圆扩张运动，所述弧形支撑板、弧形内支撑圈和线传送槽的圆心始终与巷道本体的圆心在同一位置，所述弧形支撑板的外表面与岩面接触。
本发明进一步的改进在于，所述弧形支撑板由多个相同的弧形板组成，所述弧形板的侧面安装有侧加长板，多个所述弧形板的内表面均固定安装有推杆，所述弧形内支撑圈的外表面固定安装有支撑臂，所述推杆的远离弧形板的一端在支撑臂的内部滑动，所述支撑臂的内底部固定安装有压缩弹簧，所述推杆的底部通过压缩弹簧与支撑臂连接。
本发明进一步的改进在于，所述推杆的底端的端部固定安装有钢丝绳，所述钢丝绳的远离推杆的一端穿出支撑臂并穿过线传送槽的中部，所述监测车体的上表面且位于弧形内支撑圈的正下方固定安装有一号电机，所述一号电机的输出端传动连接有线盘，所述钢丝绳的远离推杆的一端的端部环绕在线盘上。
这样一号电机带动线盘转动，对钢丝绳进行释放，弧形支撑板在推杆和压缩弹簧的作用下进行同心圆扩张运动，而弧形支撑板、弧形内支撑圈和线传送槽的圆心位于同一位置，这样使弧形支撑板与爆破巷道面紧密接触，以对爆破面提供弹性支撑，同时注浆锚杆植入设备将注浆锚杆穿过锚杆植入口植入岩体中，使弧形支撑板和岩体构成弹性均质整体，进而缓冲因泄压爆破过于剧烈引发爆破巷道面垮塌事故。
本发明进一步的改进在于，所述监测车体的上表面且位于一号电机的侧面固定安装有转动电机和圆形导轨，所述圆形导轨的表面开设有滑槽，所述转动电机的输出端传动连接有电磁辐射监测探头，所述转动电机带动电磁辐射监测探头在滑槽的内部滑动。
本发明进一步的改进在于，所述监测车体的侧面固定安装有防护板，所述监测车体的上表面固定安装有传感器模块，所述监测车体的正面固定安装有控制器，所述控制器控制滑槽在指向电磁辐射的脉冲数变化剧烈的位置上停止运动，同时控制注浆设备向该位置上的注浆锚杆注浆。
这样对泄压过程中产生的危险信号进行准确探测并定点修复，转动电机通过连杆带动滑槽在圆形导轨的外表面做环绕运动以对巷道爆破平面内的宽频电磁辐射信号进行全面探测，对冲击地压产生的位置进行准确定位，而控制器控制注浆设备控制单元对该位置打入的注浆锚杆进行快速注浆，以粘结岩壁内破碎的岩体，这样对冲击矿压进行卸压爆破的方式泄压过程中存在的危险信号进行准确探测并可快速修复，具有较好的安全性。
本发明进一步的改进在于，所述地面控制模块包括：
移动车体控制单元：用于控制监测车体的移动，使其正好位于泄压爆破的巷道平面内；
支护设备控制单元：用于对支撑防护模块进行控制，使其对泄压爆破的巷道平面进行支撑防护；
注浆设备控制单元：用于对注浆设备进行控制，使其对冲击地压产生的位置的岩面上的注浆锚杆进行注浆；
报警单元：用于对冲击地压的形成进行早期预警；
爆破设备控制单元：用于对爆破设备的装药量进行控制，使其在泄压过程中产生的威胁最小。
本发明进一步的改进在于，所述实时监控模块包括：
巷道水文监测单元：用于对巷道内部的水文信息进行监测；
巷道气体监测单元：用于对巷道内部的有毒有害气体进行监测；
巷道围岩地音监测单元：用于对巷道爆破平面内的地音信息进行监测；
巷道爆破信息采集单元：用于爆破后对爆破位置的爆破质量信息进行采集；
巷道围岩电磁监测单元：用于对爆破后的电磁辐射信号强度幅值和脉冲次数进行监测；
巷道应力监测单元：用于实时监测爆破巷道平面各点的应力强度；
这样对巷道爆破平面的各种信息进行采集。
本发明进一步的改进在于，所述微处理器对实时监控设备采集的信息进行数据化处理，进而为地面控制模块的判断提供依据。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、通过在巷道本体内部设置的监测车体，监测车体行驶至爆破位置，一号电机带动线盘转动，对钢丝绳进行释放，弧形支撑板在推杆和压缩弹簧的作用下进行同心圆扩张运动，而弧形支撑板、弧形内支撑圈和线传送槽的圆心位于同一位置，这样使弧形支撑板与爆破巷道面紧密接触，以对爆破面提供弹性支撑，同时注浆锚杆植入设备将注浆锚杆穿过锚杆植入口植入岩体中，使弧形支撑板和岩体构成弹性均质整体，进而缓冲因泄压爆破过于剧烈引发爆破巷道面垮塌事故。
2、转动电机通过连杆带动滑槽在圆形导轨的外表面做环绕运动以对巷道爆破平面内的宽频电磁辐射信号进行全面探测，对冲击地压产生的位置进行准确定位，而控制器控制注浆设备控制单元对该位置打入的注浆锚杆进行快速注浆，以粘结岩壁内破碎的岩体，这样对冲击矿压进行卸压爆破的方式泄压过程中存在的危险信号进行准确探测并可快速修复，具有较好的安全性。
附图说明
图1为本发明一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统所适用的巷道本体示意图。
图2为本发明一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统的监测车体结构示意图。
图3为本发明一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统的支撑防护模块示意图。
图4为本发明一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统的图2中A的放大示意图。
图5为本发明一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统的整体系统示意图。
图中：1、巷道本体；2、传送轨道；3、监测车体；4、防护板；5、传感器模块；6、支撑防护模块；7、围岩电磁监测模块；8、控制器；9、注浆锚杆植入设备；10、一号电机；11、线盘；601、弧形内支撑圈；602、支撑臂；603、弧形支撑板；604、线传送槽；605、锚杆植入口；606、钢丝绳；607、侧加长板；608、推杆；609、压缩弹簧；701、转动电机；702、圆形导轨；703、滑槽；704、电磁辐射监测探头。
具体实施方式
实施例1
如图1-5所示，一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统，包括设置在地面控制中心的地面控制模块、设置在巷道内部的实时监控模块、微处理器和监测车体（3），实时监控模块与地面控制模块之间通过分布式信息传送模块进行信息互传，监测车体（3）在巷道本体（1）内部的传送轨道（2）上滑动，监测车体（3）的上表面设置有支撑防护模块（6）；
其中，支撑防护模块（6）包括固定安装在监测车体（3）上表面的弧形内支撑圈（601），弧形内支撑圈（601）的外延固定安装有支撑臂（602），支撑臂（602）的侧面固定安装有对注浆锚杆进行植入的注浆锚杆植入设备（9），弧形内支撑圈（601）的圆心处固定安装有线传送槽（604），弧形支撑板（603）做同心圆扩张运动，弧形支撑板（603）、弧形内支撑圈（601）和线传送槽（604）的圆心始终与巷道本体（1）的圆心在同一位置，弧形支撑板（603）的外表面与岩面接触。
在本实施例中，弧形支撑板（603）由多个相同的弧形板组成，弧形板的侧面安装有侧加长板（607），多个弧形板的内表面均固定安装有推杆（608），弧形内支撑圈（601）的外表面固定安装有支撑臂（602），推杆（608）的远离弧形板的一端在支撑臂（602）的内部滑动，支撑臂（602）的内底部固定安装有压缩弹簧（609），推杆（608）的底部通过压缩弹簧（609）与支撑臂（602）连接。
在本实施例中，推杆（608）的底端的端部固定安装有钢丝绳（606），钢丝绳（606）的远离推杆（608）的一端穿出支撑臂（602）并穿过线传送槽（604）的中部，监测车体（3）的上表面且位于弧形内支撑圈（601）的正下方固定安装有一号电机（10），一号电机（10）的输出端传动连接有线盘（11），钢丝绳（606）的远离推杆（608）的一端的端部环绕在线盘（11）上。
在本实施例中，监测车体（3）的上表面且位于一号电机（10）的侧面固定安装有转动电机（701）和圆形导轨（702），圆形导轨（702）的表面开设有滑槽（703），转动电机（701）的输出端传动连接有电磁辐射监测探头（704），转动电机（701）带动电磁辐射监测探头（704）在滑槽（703）的内部滑动。
在本实施例中，监测车体（3）的侧面固定安装有防护板（4），监测车体（3）的上表面固定安装有传感器模块（5），监测车体（3）的正面固定安装有控制器（8），控制器（8）控制滑槽（703）在指向电磁辐射的脉冲数变化剧烈的位置上停止运动，同时控制注浆设备向该位置上的注浆锚杆注浆。
在本实施例中，地面控制模块包括：
移动车体控制单元：用于控制监测车体（3）的移动，使其正好位于泄压爆破的巷道平面内；
支护设备控制单元：用于对支撑防护模块（6）进行控制，使其对泄压爆破的巷道平面进行支撑防护；
注浆设备控制单元：用于对注浆设备进行控制，使其对冲击地压产生的位置的岩面上的注浆锚杆进行注浆；
报警单元：用于对冲击地压的形成进行早期预警；
爆破设备控制单元：用于对爆破设备的装药量进行控制，使其在泄压过程中产生的威胁最小。
在本实施例中，实时监控模块包括：
巷道水文监测单元：用于对巷道内部的水文信息进行监测；
巷道气体监测单元：用于对巷道内部的有毒有害气体进行监测；
巷道围岩地音监测单元：用于对巷道爆破平面内的地音信息进行监测；
巷道爆破信息采集单元：用于爆破后对爆破位置的爆破质量信息进行采集；
巷道围岩电磁监测单元：用于对爆破后的电磁辐射信号强度幅值和脉冲次数进行监测；
巷道应力监测单元：用于实时监测爆破巷道平面各点的应力强度；
这样对巷道爆破平面的各种信息进行采集。
在本实施例中，微处理器对实时监控设备采集的信息进行数据化处理，进而为地面控制模块的判断提供依据。
通过本实施例可实现：通过在巷道本体（1）内部设置的监测车体（3），监测车体（3）行驶至爆破位置，一号电机（10）带动线盘（11）转动，对钢丝绳（606）进行释放，弧形支撑板（603）在推杆（608）和压缩弹簧（609）的作用下进行同心圆扩张运动，而弧形支撑板（603）、弧形内支撑圈（601）和线传送槽（604）的圆心位于同一位置，这样使弧形支撑板（603）与爆破巷道面紧密接触，以对爆破面提供弹性支撑，同时注浆锚杆植入设备（9）将注浆锚杆穿过锚杆植入口（605）植入岩体中，使弧形支撑板（603）和岩体构成弹性均质整体，进而缓冲因泄压爆破过于剧烈引发爆破巷道面垮塌事故。
实施例2
如图1-5所示，一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统，包括设置在地面控制中心的地面控制模块、设置在巷道内部的实时监控模块、微处理器和监测车体（3），实时监控模块与地面控制模块之间通过分布式信息传送模块进行信息互传，监测车体（3）在巷道本体（1）内部的传送轨道（2）上滑动，监测车体（3）的上表面设置有支撑防护模块（6）；
其中，支撑防护模块（6）包括固定安装在监测车体（3）上表面的弧形内支撑圈（601），弧形内支撑圈（601）的外延固定安装有支撑臂（602），支撑臂（602）的侧面固定安装有对注浆锚杆进行植入的注浆锚杆植入设备（9），弧形内支撑圈（601）的圆心处固定安装有线传送槽（604），弧形支撑板（603）做同心圆扩张运动，弧形支撑板（603）、弧形内支撑圈（601）和线传送槽（604）的圆心始终与巷道本体（1）的圆心在同一位置，弧形支撑板（603）的外表面与岩面接触。
在本实施例中，弧形支撑板（603）由多个相同的弧形板组成，弧形板的侧面安装有侧加长板（607），多个弧形板的内表面均固定安装有推杆（608），弧形内支撑圈（601）的外表面固定安装有支撑臂（602），推杆（608）的远离弧形板的一端在支撑臂（602）的内部滑动，支撑臂（602）的内底部固定安装有压缩弹簧（609），推杆（608）的底部通过压缩弹簧（609）与支撑臂（602）连接。
在本实施例中，推杆（608）的底端的端部固定安装有钢丝绳（606），钢丝绳（606）的远离推杆（608）的一端穿出支撑臂（602）并穿过线传送槽（604）的中部，监测车体（3）的上表面且位于弧形内支撑圈（601）的正下方固定安装有一号电机（10），一号电机（10）的输出端传动连接有线盘（11），钢丝绳（606）的远离推杆（608）的一端的端部环绕在线盘（11）上。
在本实施例中，监测车体（3）的上表面且位于一号电机（10）的侧面固定安装有转动电机（701）和圆形导轨（702），圆形导轨（702）的表面开设有滑槽（703），转动电机（701）的输出端传动连接有电磁辐射监测探头（704），转动电机（701）带动电磁辐射监测探头（704）在滑槽（703）的内部滑动。
在本实施例中，监测车体（3）的侧面固定安装有防护板（4），监测车体（3）的上表面固定安装有传感器模块（5），监测车体（3）的正面固定安装有控制器（8），控制器（8）控制滑槽（703）在指向电磁辐射的脉冲数变化剧烈的位置上停止运动，同时控制注浆设备向该位置上的注浆锚杆注浆。
在本实施例中，地面控制模块包括：
移动车体控制单元：用于控制监测车体（3）的移动，使其正好位于泄压爆破的巷道平面内；
支护设备控制单元：用于对支撑防护模块（6）进行控制，使其对泄压爆破的巷道平面进行支撑防护；
注浆设备控制单元：用于对注浆设备进行控制，使其对冲击地压产生的位置的岩面上的注浆锚杆进行注浆；
报警单元：用于对冲击地压的形成进行早期预警；
爆破设备控制单元：用于对爆破设备的装药量进行控制，使其在泄压过程中产生的威胁最小。
在本实施例中，实时监控模块包括：
巷道水文监测单元：用于对巷道内部的水文信息进行监测；
巷道气体监测单元：用于对巷道内部的有毒有害气体进行监测；
巷道围岩地音监测单元：用于对巷道爆破平面内的地音信息进行监测；
巷道爆破信息采集单元：用于爆破后对爆破位置的爆破质量信息进行采集；
巷道围岩电磁监测单元：用于对爆破后的电磁辐射信号强度幅值和脉冲次数进行监测；
巷道应力监测单元：用于实时监测爆破巷道平面各点的应力强度；
这样对巷道爆破平面的各种信息进行采集。
在本实施例中，微处理器对实时监控设备采集的信息进行数据化处理，进而为地面控制模块的判断提供依据。
通过本实施例可实现：转动电机（701）通过连杆带动滑槽（703）在圆形导轨（702）的外表面做环绕运动以对巷道爆破平面内的宽频电磁辐射信号进行全面探测，对冲击地压产生的位置进行准确定位，而控制器（8）控制注浆设备控制单元对该位置打入的注浆锚杆进行快速注浆，以粘结岩壁内破碎的岩体，这样对冲击矿压进行卸压爆破的方式泄压过程中存在的危险信号进行准确探测并可快速修复，具有较好的安全性。
本发明改进于：实时监控模块对巷道内部的信息进行实时监控，微处理器对实时监控设备采集的信息进行数据化处理，进而为地面控制模块的判断提供依据，地面控制模块通过控制在巷道本体（1）内部的监测车体（3），监测车体（3）行驶至爆破位置，一号电机（10）带动线盘（11）转动，对钢丝绳（606）进行释放，弧形支撑板（603）在推杆（608）和压缩弹簧（609）的作用下进行同心圆扩张运动，而弧形支撑板（603）、弧形内支撑圈（601）和线传送槽（604）的圆心位于同一位置，这样使弧形支撑板（603）与爆破巷道面紧密接触，以对爆破面提供弹性支撑，同时注浆锚杆植入设备（9）将注浆锚杆穿过锚杆植入口（605）植入岩体中，使弧形支撑板（603）和岩体构成弹性均质整体，进而缓冲因泄压爆破过于剧烈引发爆破巷道面垮塌事故，转动电机（701）通过连杆带动滑槽（703）在圆形导轨（702）的外表面做环绕运动以对巷道爆破平面内的宽频电磁辐射信号进行全面探测，对冲击地压产生的位置进行准确定位，控制器（8）控制滑槽（703）在指向电磁辐射的脉冲数变化剧烈的位置上停止运动，而控制器（8）控制注浆设备控制单元对该位置打入的注浆锚杆进行快速注浆，以粘结岩壁内破碎的岩体，这样对冲击矿压进行卸压爆破的方式泄压过程中存在的危险信号进行准确探测并可快速修复，具有较好的安全性。
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