一种基于实时预测的采场煤壁片帮控制装置及方法

技术领域

本发明属于煤矿开采安全防护技术领域，具体是一种基于实时预测的采场煤壁片帮控制装置及方法。

背景技术

在我国发展成熟的综采放顶煤技术，已成为解决我国厚煤层采煤方法和难采厚煤层技术难题的有效途径，取得了显著的技术经济效果。但软煤综放开采要达到高产高效仍不易，经常的困扰是工作面端面顶板不稳定，采场煤壁片帮会导致架前无支护空间扩大，进而导致端面顶板(顶煤)漏冒，影响工作面推进速度和正常循环作业，因此进行松软厚煤层采场的煤壁片帮的防治研究具有极其重要意义。但现有技术中采场煤壁片帮防护的控制装置未能充分结合煤壁片帮内部应力的监测预警而对支架结构进行较调，往往容易出现防护不及时，造成片帮冒顶的危险，极大的威胁着采场工人的安全；

因此，本领域技术人员提供了一种基于实时预测的采场煤壁片帮控制装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于实时预测的采场煤壁片帮控制装置，其包括：

底座；

液压支架，连接在所述底座上；

侧向支撑架，倾斜连接在所述底座上，所述侧向支撑架与底座之间设置有铰接支撑柱；

上支撑顶板，横向架空在所述底座上方，所述上支撑顶板的一端与所述侧向支撑架相连接，且所述液压支架的伸缩端转动连接在所述上支撑顶板中部；

护帮板，设置在所述上支撑顶板的一侧；以及

监测锚杆，均匀分布在相邻上支撑顶板之间，并垂向安插在煤壁帮部以及顶板内。

进一步，作为优选，所述监测锚杆包括：

锚杆主体；

侧监测杆，周向分布在所述锚杆主体外；

外监测装置，套接设置在所述锚杆主体端部，各所述侧监测杆的一端与所述外监测装置相连接；以及

动态预警机构，同轴设置在所述锚杆主体上，并与所述外监测装置相接触。

进一步，作为优选，所述外监测装置包括：

安装盘；

定位套，可滑动套接的设置在所述锚杆主体端部，所述定位套的一端与所述安装盘滑动连接，且所述定位套上转动设置有锁紧螺栓；

内弹簧，连接在所述定位套与安装盘之间；

内调座，滑动嵌入设置在安装盘内，所述内调座与安装盘之间连接有支撑弹簧；

胶层环圈，固定在所述内调座中；

转轴杆，与所述侧监测杆相对应设置，所述转轴杆的一端转动连接在安装盘上，且其另一端穿接在胶层环圈内；以及

螺纹安装套，转动设置在所述转轴杆端部，所述螺纹安装套的一端与所述侧监测杆相螺纹固定。

进一步，作为优选，所述胶层环圈内嵌入固定有多个与所述转轴杆相对应的导套，所述胶层环圈采用软塑质橡胶材质，所述转轴杆的一端与所述导套相滑动连接，且所述导套内对称设有信号接收器，且所述转轴杆内嵌入设置有位移传感器，所述位移传感器与信号接收器无线联通。

进一步，作为优选，各所述转轴杆呈相同或不同角度倾斜插接在煤壁帮部以及顶板处。

进一步，作为优选，所述动态预警机构包括：

固定端座，滑动设置在外监测装置下方，所述固定端座与外监测装置之间连接有限位弹簧；

内环仓，同轴设置在固定端座内，所述内环仓的一侧连接有外接管；

微型脉冲泵，设置在所述固定端座内，并与所述外接管相连通；

环塞，滑动设置在所述内环仓中，所述环塞上通过支杆件与所述外监测装置相连接；以及

检测套，套接固定在锚杆主体端部，所述固定端座的一侧与所述检测套相滑动连接。

进一步，作为优选，一种基于实时预测的采场煤壁片帮控制装置的控制方法，其包括以下步骤：

S1.帮部、顶板监测，对插接在帮部与顶板上的各锚杆主体均安装外监测装置与侧监测杆，其中，侧监测杆能够呈多角度插接在煤岩内，而位于煤壁片帮区域的各锚杆主体还对应安装动态预警机构；

S2.顶板控制，根据顶板处接收工作面来压形变强度，由各监测锚杆对形变大小进行监控，其中，在顶板处三分之二监测锚杆表现超出形变预警值后，通过液压支架的伸缩调节重新介入支护，或在预警处添加新上支撑顶板；

S3.帮部控制，根据帮部处接收工作面来压形变强度，由各监测锚杆对形变大小进行监控，其中，在帮部处四分之一监测锚杆表现超出形变预警值后，改变侧向支撑架的支护倾斜度，对片帮冒顶部位提前加大支护密度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中主要通过液压支架配合侧向支撑架以及上支撑顶板对煤壁帮部以及顶板实现支护，这其中位于煤壁帮部以及顶板上均匀分布有监测锚杆，监测锚杆一方面能够正常进行锚固支护，另一方面还可通过外监测装置对煤壁帮部以及顶板处的突出应力进行实时监控，从而达到预警效果，以便配合侧向支撑架以及上支撑顶板较调，及时避免片帮冒顶。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中监测锚杆的结构示意图；

图3为本发明中外监测装置的结构示意图；

图4为本发明中动态预警机构的结构示意图；

图中：1、底座；11、液压支架；12、侧向支撑架；13、上支撑顶板；14、护帮板；2、监测锚杆；21、锚杆主体；22、侧监测杆；3、外监测装置；31、安装盘；32、定位套；33、锁紧螺栓；34、内弹簧；35、内调座；36、转轴杆；37、胶层环圈；38、螺纹安装套；39、导套；4、动态预警机构；41、固定端座；42、内环仓；43、限位弹簧；44、支杆件；45、环塞；46、检测套。

具体实施方式

请参阅图1，本发明实施例中，一种基于实时预测的采场煤壁片帮控制装置，其包括：

底座1；

液压支架11，连接在所述底座1上；

侧向支撑架12，倾斜连接在所述底座1上，所述侧向支撑架12与底座1之间设置有铰接支撑柱；

上支撑顶板13，横向架空在所述底座1上方，所述上支撑顶板13的一端与所述侧向支撑架12相连接，且所述液压支架11的伸缩端转动连接在所述上支撑顶板13中部；

护帮板14，设置在所述上支撑顶板13的一侧；以及

监测锚杆2，均匀分布在相邻上支撑顶板13之间，并垂向安插在煤壁帮部以及顶板内，监测锚杆既能够对煤壁帮部以及顶板实现锚固支护，又能够对煤壁内部突出应力进行实时监控。

本实施例中，所述监测锚杆2包括：

锚杆主体21；

侧监测杆22，周向分布在所述锚杆主体21外；

外监测装置3，套接设置在所述锚杆主体21端部，各所述侧监测杆22的一端与所述外监测装置3相连接，方便安装拆卸，制作成本较低；以及

动态预警机构4，同轴设置在所述锚杆主体21上，并与所述外监测装置3相接触，这其中侧监测杆能够对锚杆主体周围煤岩突出形变进行充分监测，从而记录反馈，方便对应调整上支撑顶板与侧向支撑架的支护形态，以达到监控预警效果。

作为较佳的实施例，所述外监测装置3包括：

安装盘31；

定位套32，可滑动套接的设置在所述锚杆主体21端部，所述定位套32的一端与所述安装盘31滑动连接，且所述定位套32上转动设置有锁紧螺栓33；

内弹簧34，连接在所述定位套32与安装盘31之间；

内调座35，滑动嵌入设置在安装盘31内，所述内调座35与安装盘31之间连接有支撑弹簧；

胶层环圈37，固定在所述内调座35中；

转轴杆36，与所述侧监测杆22相对应设置，所述转轴杆36的一端转动连接在安装盘31上，且其另一端穿接在胶层环圈37内；以及

螺纹安装套38，转动设置在所述转轴杆36端部，所述螺纹安装套38的一端与所述侧监测杆22相螺纹固定，也就是说，优先将侧监测杆插接在煤岩内壁上，而后通过螺纹安装套实现转轴杆与侧监测杆的连接固定，安装简便。

本实施例中，所述胶层环圈37内嵌入固定有多个与所述转轴杆36相对应的导套39，所述胶层环圈37采用软塑质橡胶材质，具有较高的弹性形变效果，所述转轴杆36的一端与所述导套39相滑动连接，且所述导套39内对称设有信号接收器，且所述转轴杆36内嵌入设置有位移传感器，所述位移传感器与信号接收器无线联通，从而在锚杆主体周围煤岩受内部应力影响发生突出形变时，转轴杆能随之偏转，此时信号接收器接收位移长度，并进行数据反馈。

本实施例中，各所述转轴杆36呈相同或不同角度倾斜插接在煤壁帮部以及顶板处，这其中一方面可调整转轴杆的长度规格，方便对煤岩表层或深层进行监控，另一方面在转轴杆不同架设角度下能适应多种煤壁环境(例如锚杆主体两侧煤岩层左高右低等)，从而提高监测精度。

本实施例中，所述动态预警机构4包括：

固定端座41，滑动设置在外监测装置3下方，所述固定端座41与外监测装置3之间连接有限位弹簧43；

内环仓42，同轴设置在固定端座41内，所述内环仓42的一侧连接有外接管；

微型脉冲泵，设置在所述固定端座41内，并与所述外接管相连通；

环塞45，滑动设置在所述内环仓42中，所述环塞45上通过支杆件44与所述外监测装置3相连接；以及

检测套46，套接固定在锚杆主体21端部，所述固定端座41的一侧与所述检测套46相滑动连接，检测套上设有预警刻度线，将部分动态预警机构安装在极易出现突出形变的煤壁帮部以及顶板位置处，方便提高整体监测效果，其中动态预警机构能有效保证监测精度，相将于静态监测预警其存在两个极限值(最高位与最低位)，对微小变化的监测精度更高，同时避免煤矿中的煤粉影响监控效果(即煤粉介入造成结构卡死)。

作为较佳的实施例，一种基于实时预测的采场煤壁片帮控制装置的控制方法，其包括以下步骤：

S1.帮部、顶板监测，对插接在帮部与顶板上的各锚杆主体21均安装外监测装置3与侧监测杆22，其中，侧监测杆22能够呈多角度插接在煤岩内，而位于煤壁片帮区域的各锚杆主体21还对应安装动态预警机构4；

S2.顶板控制，根据顶板处接收工作面来压形变强度，由各监测锚杆2对形变大小进行监控，其中，在顶板处三分之二监测锚杆2表现超出形变预警值后，通过液压支架11的伸缩调节重新介入支护，或在预警处添加新上支撑顶板13；

S3.帮部控制，根据帮部处接收工作面来压形变强度，由各监测锚杆2对形变大小进行监控，其中，在帮部处四分之一监测锚杆2表现超出形变预警值后，改变侧向支撑架12的支护倾斜度，对片帮冒顶部位提前加大支护密度。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。