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6所示，本发明所述的一种基于应力-钻屑量梯度的深部开采危险区域的预警方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：收集资料：通过预警装置收集掘进巷道中现有各个岩层的名称、岩石性状；实际的井下开采中工作面布置数据；实际井下开采工作中对于不同岩层所产生的单位钻屑量；

步骤二：进行采动数值模拟；

步骤三：计算应力随空间分布数据和随时间分布数据，对时间空间求导，得到开采时间上的垂直应力梯度K1和在工作面推进方向上的应力梯度K2；

步骤四：计算钻头钻进不同岩层介质过程中单位时间钻屑排出量Q1和单位空间钻屑排出量Q2；

步骤五：划分应力突变区域，把K1或K2异常偏离零值的划分为应力突变区域M1；

步骤六：划分瓦斯突变区域，绘制单位时间或者单位空间内的钻屑量排出图，将图中出现突变的区域划分为瓦斯危险区域M2；

步骤七：根据高密度电法原理，通过仪器给出的等值线断面图找出区域内水文分布情况，将岩层中含水区域划分为M3；

步骤八：将危险区域M1、M2、M3进行交叉耦合，找出三区域重合部分M为危险区域；

步骤九：工作面开采之后，根据步骤八划分的危险区域，对此区域进行实时在线应力监测，得到监测区域的应力场、瓦斯场、水文场，重复步骤一到八，收集资料，根据数据进行危险区域划分来预测，控制预警装置进行预警，从而降低灾害发生。

所述步骤一中的预警装置包括多个支架结构1、多个防护结构2、多个锚杆结构3、多个滑轨结构4、掘进支护结构5，用于支撑防护的多个所述防护结构2之间通过多个所述支架结构1依次拼装连接，用于固定所述支架结构1和所述防护结构2的多个所述锚杆结构3均匀分布安装于所述支架结构1和所述防护结构2上，且所述锚杆结构3的一端延伸锚固于围岩内，用于输送移动所述掘进支护结构5的多个所述滑轨结构4依次固定安装于所述支架结构1下端的两侧，且相邻所述滑轨结构4拼接连接，用于进行掘进支护的所述掘进支护结构5滑动安装于所述滑轨结构4上；通过一段段的所述防护结构2拼装组成一支护装置，从而可将单个所述防护结构2的体积设置较小，同时重量较轻，便于所述防护结构2在巷道内移动输送，且相邻的所述防护结构2之间可通过所述支架结构1进行快速拼接，从而提高支护装置的输送、架设效率；通过所述锚杆结构3将所述支架结构1与所述防护结构2同时与围岩锚固连接，可提高所述支架结构1与所述防护结构2安装的牢固性，从而提高防护效果；通过设置所述掘进支护结构5，可在掘进挖矿过程中进行支撑防护，同时为在新掘进位置加装所述防护结构2的过程中进行临时支撑防护，保证工作人员的安全；通过铺设于所述支架结构1底部一侧与地面之间的所述滑轨结构4移动所述掘进支护结构5，从而方便所述掘进支护结构5的前进移动，且铺设的所述滑轨结构4还可供轨道运输小车行走移动，从而方便通过轨道运输小车移动输送所述支架结构1、所述防护结构2以及所述滑轨结构4进行铺设安装，进一步提高支护装置的输送、架设效率。

所述支架结构1包括支架主体11、两个卡槽12、多个第一螺纹孔13、多个第一螺栓14，所述支架主体11为拱形结构，两个所述卡槽12分别设置于所述支架主体11的两侧，多个所述第一螺纹孔13均匀分布于所述支架主体11上并与所述卡槽12连通，所述防护结构2的一端插装于所述卡槽12内，并通过安装于所述第一螺纹孔13内的所述第一螺栓14锁紧固定，当所述支架结构1架设安装时，将所述支架主体11支撑于巷道内，并将所述锚杆结构3穿过所述支架主体11上的通孔锚固于围岩内，从而将支架主体11在巷道内安装固定。

所述防护结构2包括多个缓冲单元21、内防护板22、外防护板23，所述内防护板22的两端与所述支架结构1固定连接，所述外防护板23设置于所述内防护板22的外侧面，且所述外防护板23与所述内防护板22之间通过多个均匀分布的所述缓冲单元21固定连接，当所述防护结构2拼接安装时，将所述内防护板22的一端卡接于所述卡槽12内，并通过所述第一螺栓14将所述内防护板22与所述支架主体11锁紧固定，完成所述防护结构2的快速拼装，之后在防护结构2的另一端再加装另一所述支架结构1，通过两组所述支架结构1将所述防护结构2安装固定，然后再将所述锚杆结构3穿过所述内防护板22、所述外防护板23上的通孔锚固于围岩内，从而将所述防护结构2进一步加固；当发生地质灾害围岩变形时，围岩变形产生的应力作用于所述外防护板23，多个所述缓冲单元21吸收应力进行缓冲减振，从而减少围岩变形产生的危害，防止所述外防护板23受力损坏。

所述缓冲单元21包括螺柱211、内六角孔212、第二螺纹孔213、液压减震弹簧214、轴承215，所述第二螺纹孔213贯穿设置于所述内防护板22上，所述螺柱211螺纹安装于所述第二螺纹孔213内，且所述螺柱211的一端设置有所述内六角孔212，另一端固定连接有所述液压减震弹簧214，所述液压减震弹簧214的一端通过所述轴承215与所述外防护板23的内侧面可旋转活动连接；所述缓冲单元21安装时，可根据支撑防护需要，使用六角起子通过所述内六角孔212旋转调节所述螺柱211在所述第二螺纹孔213内的安装深度，从而调节所述液压减震弹簧214的收缩长度和复位弹力，使所述液压减震弹簧214对所述外防护板23有足够的支撑力，当所述缓冲单元21工作时，所述液压减震弹簧214收缩减振消除应力；当围岩变形剧烈所述外防护板23所受应力过大时，所述液压减震弹簧214收缩减振消除一部分应力，同时所述螺柱211因受力过猛可与所述第二螺纹孔213之间发生滑丝现象，使所述缓冲单元21从所述第二螺纹孔213内滑出，此时所述外防护板23与所述内防护板22贴合，形成一更厚的防护板，进一步提高防护效果，可防止围岩剧烈变形时应应力过大冲毁所述防护结构2，同时保证了巷道内的安全。

所述锚杆结构3包括锚杆31、垫片32、螺母33，所述锚杆31的一端通过所述支架结构1或所述防护结构2上的通孔延伸锚固于围岩内，另一端通过所述垫片32和所述螺母33与所述支架结构1或所述防护结构2的内侧面锁紧固定，从而通过所述锚杆31将所述支架结构1和所述防护结构2的内侧面与围岩之间锚固连接，使所述支架结构1或所述防护结构2安装更加牢固。

所述滑轨结构4包括轨道座41、轨道42、轨道槽43、第二螺栓44、接地螺栓45，所述轨道座41包括底板411、侧板412，所述轨道42搭接于所述底板411上，且所述轨道42与所述底板411之间通过所述接地螺栓45锁紧连接并固定安装于地面，所述侧板412贴装于所述支架结构1上并通过所述第二螺栓44锁紧固定，所述轨道槽43设置于所述轨道42的顶面，当多个所述滑轨结构4依次拼接连接时，相邻的所述轨道槽43依次连接，可在巷道内形成一整体输送轨道，不仅方便所述掘进支护结构5的前进移动，还可供轨道运输小车行走移动，从而方便通过轨道运输小车移动输送所述支架结构1、所述防护结构2以及所述滑轨结构4进行铺设安装，进一步提高支护装置的输送、架设效率；且当所述滑轨结构4铺设好之后，由于所述轨道座41同时与所述支架结构1和巷道地面，不仅使所述滑轨结构4安装更加牢固，同时将所述支架结构1的底部与地面连接固定，使所述支架结构1安装更牢固，提高其支撑防护效果。

所述掘进支护结构5包括多个滑块51、多个液压柱52、多个伸缩柱53、顶部支护板54、两个侧支护板5a、安装板5b、多个液压缸5c、多个第二液压伸缩轴5d，多个所述滑块51对称分布滑动安装于所述滑轨结构4内，每个所述滑块51的顶端均固定安装有所述液压柱52，每个所述液压柱52的顶端均液压驱动安装有伸缩柱53，多个所述伸缩柱53的顶端之间固定安装有所述顶部支护板54，两个所述侧支护板5a分别设置于所述顶部支护板54的两侧，所述安装板5b固定安装于多个所述液压柱52之间，多个所述液压缸5c对称安装于所述安装板5b的顶面，每个所述液压缸5c的外侧端均液压驱动安装有第二液压伸缩轴5d，所述第二液压伸缩轴5d的末端与所述侧支护板5a滑动连接，当所述掘进支护机构5支撑防护时，所述液压柱52驱动所述伸缩柱53上升，对巷道顶部进行支撑，同时所述液压缸5c驱动所述第二液压伸缩轴5d伸长，对所述侧支护板5a提供支撑力，使所述侧支护板5a对巷道侧壁进行支撑防护。

所述顶部支护板54底面的两侧设置有对称分布的滑槽55，所述滑槽55内均滑动安装有活动支护板56，所述活动支护板56的底面固定安装有连接块59，所述顶部支护板54的底面固定安装有位于两侧所述滑槽55之间的双轴液压缸57，所述双轴液压缸57的两端均液压驱动安装有第一液压伸缩轴58，所述第一液压伸缩轴58的末端与所述连接块59固定连接；当所述顶部支护板54上升对巷道顶部进行支撑时，所述双轴液压缸57驱动两端的所述第一液压伸缩轴58伸长，从而驱动所述活动支护板56在所述滑槽55内向所述顶部支护板54的两端移动扩张，从而可根据巷道顶部大小调节支护板的支护面积，使其可对巷道顶部完全进行支撑防护，同时所述侧支护板5a铰接安装于所述活动支护板56上，使其可随着所述活动支护板56的移动向巷道的侧壁贴合靠拢，从而可使所述侧支护板5a紧贴于巷道侧壁上，提高其支撑防护效果。

本发明的工作原理是：

临时支护过程：在巷道内支撑装置的末端先加装滑轨结构4，加装时，轨道42搭接于底板411上，并与已有的轨道42对齐，且轨道42与底板411之间通过接地螺栓45锁紧连接并固定安装于地面，从而完成轨道42的快速铺设，使轨道42延伸到支撑装置的外端，之后可通过轨道42移动掘进支护结构5前行，通过掘进支护结构结构5对巷道内未加装防护结构2的位置进行临时支护，确保工作人员的安全。

支撑装置加装过程：将内防护板22的一端卡接于巷道内支撑装置端部的支架主体11的卡槽12内，并通过第一螺栓14将内防护板22与支架主体11锁紧固定，完成防护结构2的快速拼装，之后在防护结构2的另一端再加装支架结构1，将支架主体11支撑于巷道内，并通过上述连接步骤将内防护板22的另一端与新加装的支架结构1固定连接，通过两组支架结构1将防护结构2安装固定，然后再将锚杆结构3穿过支架结构1、防护结构2上的通孔锚固于围岩内，从而将支架结构1、防护结构2进一步加固。

防护过程：通过预警装置收集掘进巷道中现有各个岩层的名称、岩石性状；实际的井下开采中工作面布置数据；实际井下开采工作中对于不同岩层所产生的单位钻屑量；进行采动数值模拟；计算应力随空间分布数据和随时间分布数据，对时间空间求导，得到开采时间上的垂直应力梯度K1和在工作面推进方向上的应力梯度K2；计算钻头钻进不同岩层介质过程中单位时间钻屑排出量Q1和单位空间钻屑排出量Q2；划分应力突变区域，把K1或K2异常偏离零值的划分为应力突变区域M1；划分瓦斯突变区域，绘制单位时间或者单位空间内的钻屑量排出图，将图中出现突变的区域划分为瓦斯危险区域M2；根据高密度电法原理，通过仪器给出的等值线断面图找出区域内水文分布情况，将岩层中含水区域划分为M3；将危险区域M1、M2、M3进行交叉耦合，找出三区域重合部分M为危险区域；工作面开采之后，根据划分的危险区域，对此区域进行实时在线应力监测，得到监测区域的应力场、瓦斯场、水文场，当预警到存在危险时，预警装置开始进行工作，对即将发生围岩变形产生的应力作用处设置外防护板23，多个缓冲单元21内的液压减震弹簧214吸收应力进行缓冲减振，从而减少围岩变形产生的危害，防止外防护板23受力损坏；当围岩变形剧烈外防护板23所受应力过大时，液压减震弹簧214收缩减振消除一部分应力，同时螺柱211因受力过猛可与第二螺纹孔213之间发生滑丝现象，使缓冲单元21从第二螺纹孔213内滑出，此时外防护板23与内防护板22贴合，形成一更厚的防护板，进一步提高防护效果，可防止围岩剧烈变形时应应力过大冲毁防护结构2，同时保证了巷道内的安全。

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。