一种智能化控制的大倾角煤层飞矸防护系统及其防护方法与流程

本发明涉及一种防护系统及其防护方法，具体涉及一种智能化控制的大倾角煤层飞矸防护系统及其防护方法，属于煤层衍生灾害防护技术领域。

背景技术：

大倾角煤层机械化开采技术在配套设备和工程实践等方面得到长足的发展，随之而来的是众多衍生灾害的威胁。其中，最为突出的是大倾角煤层以工作面落煤、煤壁片帮、顶板漏冒或底板滑移等形式产生并在回采空间内滑滚、飞溅的煤块、岩对设备和作业人员形成损害、损伤的“飞矸”灾害。飞矸脱离母岩后在外力下加速运移，动能加大且与人和设备碰撞瞬时发生，具有频次高、危害大的特点。同时，飞矸运移过程受倾角、采高、设备尺寸与配套、煤体强度等因素影响显著，使其运移更加复杂，加剧了危害程度。

所以，飞矸防护工作亟需解决，现阶段的飞矸防护方法及措施主要有：

(1)沿工作面统一布设柔性挡矸网、挡矸门以及挡矸皮带等挡矸设备；

(2)通过革新采煤工艺进行飞矸防护；

(3)通过提高设备抗冲击性能来勉强维持生产。

然而，经过实践验证，上述方法及措施或多或少都存在着以下一些问题：

(1)成本大；

(2)防护效果不佳；

(3)隔绝了采煤作业区和操作作业区，影响工人操作，降低了生产效率。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种智能化控制的大倾角煤层飞矸防护系统及其防护方法，其中，该防护系统布局合理、实施简单，该防护方法能够有效解决现有大倾角煤层走向长壁工作面开采过程中飞矸频次高、危害大的损物伤人难题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种智能化控制的大倾角煤层飞矸防护系统，其特征在于，包括：飞矸识别装置(3)和飞矸拦截装置(4)，二者分别布置在工作面(2)的中部区域和下部区域，其中，

前述飞矸识别装置(3)包括：X射线发生器(31)、信号收集器(32)、信号调理器(33)和微处理控制器(34)，其中，前述X射线发生器(31)发射不同能级的X射线，对经过的物体进行探测，判定其是否是飞矸，当X射线发生器(31)判定结果为飞矸时，前述信号收集器(32)收集飞矸的包括物质构成、冲击速度、冲击能量在内的信号，并将该信号传输给信号调理器(33)，前述信号调理器(33)对信号收集器(32)收集来的信号进行判定，并评价其危险程度，当信号调理器(33)判定结果为危险时，前述微处理控制器(34)进一步向飞矸拦截装置(4)发出动作指令；

前述飞矸拦截装置(4)包括：机械臂(41)和拦截网(42)，拦截网(42)设置在机械臂(41)的前端，前述机械臂(41)接收微处理控制器(34)发出的动作指令，将拦截网(42)推出以拦截飞矸。

前述的智能化控制的大倾角煤层飞矸防护系统，其特征在于，前述机械臂(41)由电力系统或液压系统进行动力输入。

一种利用前述的飞矸防护系统防护飞矸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1：将大倾角煤层工作面沿倾斜方向均匀划分为三段，以上端头为起点，此三段分别记为上部区域a、中部区域b和下部区域c；

Step2：在工作面(2)的中部区域b布置飞矸识别装置(3)，在工作面(2)的下部区域c布置飞矸拦截装置(4)；

Step3：由飞矸识别装置(3)对飞矸运移轨迹进行跟踪，并识别高能级飞矸；

Step4：当飞矸识别装置(3)判定飞矸为高能级飞矸时，飞矸拦截装置(4)对高能级飞矸进行拦截。

前述的方法，其特征在于，在Step3中，飞矸识别装置(3)对飞矸运移轨迹进行跟踪并识别高能级飞矸的具体过程为：

(1)X射线发生器(31)释放不同能级的X射线，对经过的物体进行探测，判定其是否是飞矸；

(2)当X射线发生器(31)判定经过的物体是飞矸时，信号收集器(32)收集飞矸的信号，并将该信号传输给信号调理器(33)；

(3)信号调理器(33)对信号收集器(32)收集来的信号进行判定，并评价其危险程度；

(4)当信号调理器(33)判定此飞矸有危险时，微处理控制器(34)自动向飞矸拦截装置(4)发出指令。

前述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，信号调理器(33)评价飞矸的危险程度的方法为：

(a)假设下部区域c内设备及人员极限抗冲击能为P；

(b)根据信号收集器(32)收集来的信号，计算经过中部区域b的飞矸的冲击动能，记为P₀；

(c)当P₀<P时，信号调理器(33)判定飞矸没有危险；当P₀≥P时，信号调理器(33)判定飞矸危险，发出危险信号。

本发明的有益之处在于：

(1)本发明的防护系统由飞矸识别装置和飞矸拦截装置组成，并且二者分别布置在工作面的中部区域和下部区域，不仅布局合理，实施简单，而且能够有效防护飞矸；

(2)本发明的防护方法能够有效识别危险的飞矸，并及时对其进行有效拦截，解决了现有大倾角煤层走向长壁工作面开采过程中飞矸频次高、危害大的损物伤人难题。

附图说明

图1是本发明的飞矸防护系统的组成示意图；

图2是本发明的飞矸防护系统在大倾角煤层走向长壁工作面上的布置示意图；

图3是利用本发明的飞矸防护系统防护飞矸的方法的流程图。

图中附图标记的含义：1-飞矸、2-工作面、3-飞矸识别装置、4-飞矸拦截装置、31-X射线发生器、32-信号收集器、33-信号调理器、34-微处理控制器、41-机械臂、42-拦截网、a-上部区域、b-中部区域、c-下部区域、α-煤层走向长壁的倾角。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

一、智能化控制的大倾角煤层飞矸防护系统

本发明的智能化控制的大倾角煤层飞矸防护系统，其包括：飞矸识别装置和飞矸拦截装置。

1、飞矸识别装置

飞矸识别装置布置在工作面的中部区域，其能够对飞矸运移轨迹进行跟踪，并识别高能级飞矸。

参照图1，飞矸识别装置3包括：X射线发生器31、信号收集器32、信号调理器33和微处理控制器34。

X射线发生器31能够发射不同能级的X射线，对经过的物体进行探测，判定其是否是飞矸。

信号收集器32能够收集飞矸的物质构成、冲击速度、冲击能量等信号，并将该信号传输给信号调理器33。

信号调理器33能够对信号收集器32收集来的信号进行判定，并评价其危险程度。

微处理控制器34能够像飞矸拦截装置发出动作指令。

工作原理：X射线发生器31发射不同能级的X射线，对经过的物体进行探测，判定其是否是飞矸，当X射线发生器31判定结果为飞矸时，信号收集器32即开始收集该飞矸的物质构成、冲击速度、冲击能量等信号，并将该信号传输给信号调理器33，信号调理器33对信号收集器32收集来的信号进行判定，并评价其危险程度，当信号调理器33判定结果为危险时，微处理控制器34进一步向飞矸拦截装置4发出动作指令。

2、飞矸拦截装置

飞矸拦截装置布置在工作面的下部区域，其根据飞矸识别装置给出的指令，能够对高能级飞矸进行拦截。

参照图1，飞矸拦截装置4包括：机械臂41和拦截网42，拦截网42设置在机械臂41的前端。

工作原理：机械臂41由电力系统或液压系统进行动力输入，机械臂41接收微处理控制器34发出的动作指令，将拦截网42推出拦截飞矸，以降低飞矸的能级和危险程度，从而防止其损伤、损害工作面2的下部区域c内的人员和设备。

由此可见，本发明的防护系统不仅能够有效防护飞矸，而且布局合理，实施简单。

二、利用上述飞矸防护系统防护飞矸的方法

Step1、工作面分区

参照图2，将大倾角煤层工作面2沿倾斜方向均匀划分为三段，以上端头为起点，此三段分别记为上部区域a、中部区域b和下部区域c。

Step2、分区域布设功能相辅的装置

在工作面2的中部区域b布置飞矸识别装置3，在工作面2的下部区域c布置飞矸拦截装置4。

Step3、飞矸识别装置识别飞矸

参照图3，飞矸识别装置3识别飞矸的详细过程如下：

(1)X射线发生器31释放不同能级的X射线，对经过的物体进行探测，判定其是否是飞矸：

当物体反射至信号接收集器的频率及波段不符合煤体正常频率及波段范围时，判定经过的物体不是飞矸，则继续进行下一次探测；

当物体反射至信号接收集器的频率及波段在煤体正常频率及波段范围时，判定经过的物体是飞矸，则向信号收集器32发送信号收集指令，然后继续进行下一次探测。

(2)信号收集器32接收到X射线发生器31发送来的信号收集指令后，开始收集飞矸的包括物质构成、冲击速度、冲击能量在内的信号，并将该信号传输给信号调理器33。

(3)信号调理器33对信号收集器32收集来的信号进行判定，并评价其危险程度，具体为：

(a)假设下部区域c内设备及人员极限抗冲击能为P；

(b)根据信号收集器32收集来的信号，计算经过中部区域b的飞矸的冲击动能，记为P₀；

(c)当P₀<P时，信号调理器33判定飞矸没有危险，则继续等待接收信号收集器32发送来的信号；当P₀≥P时，信号调理器33判定此飞矸有危险，则向微处理控制器34发送“有危险”的信号，然后继续等待接收信号收集器32发送来的信号。

(4)微处理控制器34接收到信号调理器33发送来的“有危险”的信号后，自动向下部区域c内的飞矸拦截装置4发出指令。

Step4、飞矸拦截装置拦截飞矸

参照图3，飞矸拦截装置4接收到微处理控制器34发出的指令后，机械臂41自动推出拦截网42，由拦截网42对危险飞矸进行拦截，以降低飞矸能级和危险程度，防止其损伤、损害工作面2的下部区域c内的人员和设备。

由此可见，本发明的防护系统能够有效识别危险的飞矸，并及时对其进行有效拦截，解决了现有大倾角煤层走向长壁工作面开采过程中飞矸频次高、危害大的损物伤人难题。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。