[发明专利]一种基于激光探测技术的煤矿防冒顶预警装置

说明书

技术领域

本发明属于井下安全预警领域，具体涉及一种基于激光探测技术的煤矿防冒顶预警装置。

背景技术

煤矿作为高危行业之一，随着开采深度的增加和岩性的改变，矿山压力的显现愈来愈明显，巷道支护的方式以及支护材料的刚度、柔度、结构、质量难以满足需求。就顶板事故而言，它不同于瓦斯煤尘爆炸，群死群伤的重特大恶性事故通常比较少见，而零散事故却频繁发生，凡是有人工作的地点，都有可能发生这类事故，分布范围也特别广泛。据国家安全监管总局统计，2015年11月，煤矿发生较大事故4起、死亡17人，同比增加1起、5人；采煤工作面顶板事故占顶板事故总数的比例有所下降，但依然达到了66％，巷道顶板事故则上升到34％；科技日报2015年12月27日称，平邑石膏矿发生坍塌导致大面积矿岩层冒顶，造成1人遇难，17人被困井下。

由于我国煤矿开采存在着员工作业环境差、矿工安全意识偏低、企业安全管理水平有限和支护设备漏洞百出等不安全现状，从而导致矿难事故屡屡发生，究其原因，主要是矿用支护设备在井下顶板出现漏冒、压垮和振动坍塌时不能有效识别和预控。目前关于煤矿防冒顶的预警装置甚少，现有的预警装置仅可实现数据的采集与存储，却无法实现必要的故障诊断及预警功能，不能及时判断和预控现存的或可能发生的故障。因此，在矿井复杂环境下亟需构建一种智能防冒顶安全预警装置，以有效识别和监控煤矿冒顶事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于激光探测技术的煤矿防冒顶预警装置，用于防止井下掘进顶板出现漏冒、压垮和振动坍塌现象，实现井下事故有效识别与安全预控的目的。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于激光探测技术的煤矿防冒顶预警装置，包括PLC主控制器，所述PLC主控制器上连接激光防冒顶模块、故障检测模块和预警模块；所述激光防冒顶模块包括激光发射器、支架金属网、激光接收器、分秒计时器、漏冒、压垮和光电转换器；所述故障检测模块包括压力传感器、振动传感器和设定值；所述预警模块包括液晶显示器、语音报警器、闪光报警器和扩展口。

所述激光发射器和激光接收器采用多组并排方式安装于支架金属网两侧，当激光接收器接收不到激光发射器发出的激光信号时，分秒计时器开始计时，信号回复时自动清零，若计时不足10秒或信号断断续续，则为矿井工作区顶板上出现漏冒现象，并可根据安装编号和语音报警器确定漏冒位置，若计时超过10秒并持续计时，则为支架金属网被顶板压弯而导致的激光信号中断现象，并可根据安装编号和语音报警器确定压垮位置；所述支架金属网采用强度较硬的粗钢丝编织而成，网孔为36cm²，并由若干只支架金属杆支撑于掘进地面上，且贴近矿井顶板水平放置；所述压力传感器安装于支架金属网下侧正中心位置，用于检测矿井顶板对支架金属网的压力；所述振动传感器安装于矿井顶板表面，用于采集因钻探、采掘而产生的矿井顶板振动频率，可预防振动塌方事故；所述液晶显示器采用双排大屏12864液晶显示器，用于显示检测到的矿井顶板压力值和振动频率；所述语音报警器和闪光报警器安装于掘进面支架金属杆上，当检测值达到或超出设定值时，语音报警器和闪光报警器同时发出报警信号。

本发明与现有技术相比的有益效果体现在：

本发明采用PLC作为主控制器，不仅价格优惠、编程简洁、控制精确，而且还可以保证整个系统在井下复杂工作环境下的稳定性和可靠性；采用多组并排方式的激光探测技术和分秒计时器可有效预防掘进面顶板出现碎石漏冒或支架金属网压垮坍塌事故，实现事故识别与预控的目的；采用压力传感器和振动传感器，可达到多重预防与事故识别的目的；采用双排大屏12864液晶显示器，可同时显示检测到的压力值和振动频率，便于地面操作人员及时掌握井下掘进面顶板的实时动态，缩短事故预判时间。

本发明设计出一种基于激光探测技术的煤矿防冒顶预警装置，所用PLC主控制器、激光探测技术、压力传感器和振动传感器均属于现有成熟技术，这种成熟技术之间的合理运用与组合，不仅降低了该装置的制作难度、缩减了生产资本投入，而且又可使组合后的新产品具有多重预警、事故识别、控制稳定、牢固可靠的良好效果。

本装置制作简单、经济实惠、牢固可靠、控制稳定，在井下现场测试中，可有效防止掘进顶板出现漏冒、压垮和振动坍塌现象，实现井下事故有效识别与安全预控的目的。

附图说明

图1为本发明一种基于激光探测技术的煤矿防冒顶预警装置系统框图；

图2为本发明模拟现场安装简图。

具体实施方式