用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法与流程

本发明涉及采空区检测技术领域，尤其涉及用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法。

背景技术：

煤矿是指富含煤炭资源的地方，一般分为井工煤矿和露天煤矿。

当煤层离地表远时，一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭，此为井工煤矿，当对煤层挖取完毕后，土层内部会成空腔，会形成采空区；

采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，人员与机械设备都可能掉入采空区内部受到伤害，且采空区内会逐步渗水，加速采空区土层的脱落；

因此对煤矿的采空区内部的坍塌监测就尤为重要，在采空区的监测过程中不便于对采空区进行坍塌效率的监测，同时不便于得知采空区的土层、岩层的深度，进而不便于对坍塌程度进行监测，导致不能及时得知采空区的信息，存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决在采空区的监测过程中不便于对采空区进行坍塌效率的监测，同时不便于得知采空区的土层、岩层的深度，进而不便于对坍塌程度进行监测，导致不能及时得知采空区的信息，存在安全隐患的问题，而提出的用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置，包括：安装在所述采空区下端的空心锚杆件；固定在所述空心锚杆件内壁的固定板，设置多组；其中，所述空心锚杆件内设有用于储放与积水反应放热的粉末的粉末放置腔；其中在所述粉末放置腔打开时，水进入到所述粉末放置腔内时与粉末反应放热；放置在所述采空区上端的红外感应仪器，用于检测所述粉末放置腔内的温度以判断采空区层面的坍塌程度。

为了便于固定板内进行升温，优选地，与积水反应放热的所述粉末为过氧化钠。

为了便于对水的浑浊程度进行检测，优选地，所述空心锚杆件内固定连接有导向轴，所述导向轴上滑动连接有浮动块，所述浮动块内安装有浊度仪。

为了便于对粉末放置腔内的气体进行排出，优选地，所述固定板上滑动连接有滑动从动杆，所述滑动从动杆上转动连接有驱动转动杆，所述驱动转动杆上固定连接有u型弹片，所述u型弹片的另一端固定连接在所述滑动从动杆上，所述滑动从动杆内设有第一连接管，在所述浮动块上移时用于驱动所述滑动从动杆上移，使得所述粉末放置腔内的气体排出。

为了便于对滑动从动杆进行复位，优选地，所述滑动从动杆上固定连接有滑动从动弹簧，所述滑动从动弹簧远离滑动从动杆的一端固定连接在固定板上。

为了便于对粉末放置腔内的粉末进行搅拌，优选地，所述粉末放置腔内转动连接有转动轴，所述转动轴上固定连接有搅拌杆，所述转动轴上连接有转动棘轮，所述转动棘轮与滑动从动杆通过连接拉绳相连。

为了便于对浮动块进行充气、增加其浮力，优选地，所述驱动转动杆上设有第三连接管，所述固定板上设有与第三连接管相通的第二连接管，在所述滑动从动杆上移时第二连接管与第三连接管相通，所述浮动块上设有收集空腔，所述第三连接管与收集空腔可拆卸相通。

为了便于将粉末放置腔内的气体排出到收集空腔内，优选地，所述浮动块上设有与收集空腔相通的进气口，所述浮动块上滑动连接有滑动块，所述滑动块用于遮挡所述进气口，所述滑动块的下端固定连接有浮动弹簧，所述浮动弹簧远离滑动块的一端固定连接在浮动块上，在所述浮动块上移时，所述驱动转动杆挤压所述滑动块后使得第三连接管与进气口相通。

为了便于对粉末放置腔进行打开，优选地，所述固定板上滑动连接有闭合板，所述闭合板上固定连接有闭合弹簧，所述闭合弹簧远离闭合板的一端固定连接在固定板上。

一种用于煤矿采空区坍塌程度检测的坍塌检测方法，主要包括以下步骤：

s1、在对煤矿开采过程中，将所述空心锚杆件安装在煤矿的内壁上层；

s2、在煤矿开采完成后，将红外感应仪器安装在地面上；

s3、在煤矿采空区渗水后，水流会在采空区的内腔内进行积累，至水面与采空区内腔的上壁相贴；

s4、水会进入到空心锚杆件内，水流可进入到粉末放置腔内，积水会与粉末放置腔内的粉末反应，放出热量，此时，红外感应仪器能够检测到粉末放置腔内的热量变化，进而判断水的深度即可知采空区的塌落程度；

s5、在步骤s4的基础上，浮动块上移会推动驱动转动杆、滑动从动杆上移，使得粉末放置腔内的气体排出，且浊度计会对水的浑浊程度进行检测，并将接收到的数据上传至外界，对水的浑浊程度进行分析，判断水中的土层、岩层溶解程度，进而便于判断采空区的坍塌速度；

s6、在步骤s5的基础上，在粉末放置腔内的温度升高时，能够对固定板附近的水进行加热，促进掉落的土层、岩层融入速度，提高对溶解程度判断的精准度。

与现有技术相比，本发明提供了用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法，具备以下有益效果：

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本发明通过设置的粉末放置腔内的粉末，便于与水反应，经过红外感应仪器对采空区的温度进行检测，便于对采空区的坍塌程度进行检测，且通过设置了浮动块、浊度仪，便于对水的浑浊程度进行检测，进而检测出塌落效率，同时温度的提高便于对水土层、岩层的混合程度进行促进，促进检测效率，同时粉末放置腔内的气体可以进入到浮动块内，便于对空心锚杆件进行回收。

附图说明

图1为本发明提出的用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法的结构示意图；

图2为本发明提出的用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法的空心锚杆件的结构示意图；

图3为本发明提出的用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法的空心锚杆件的剖面结构示意图；

图4为本发明提出的用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法的图3中a部分的结构示意图；

图5为本发明提出的用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法的图3中b部分的结构示意图；

图6为本发明提出的用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法的图4中c部分的结构示意图；

图7为本发明提出的用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法的固定板的结构示意图；

图8为本发明提出的用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法的浮动块的结构示意图；

图9为本发明提出的用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置及坍塌检测方法的固定板的剖面结构示意图。

图中：1、空心锚杆件；101、导向轴；2、固定板；201、粉末放置腔；202、闭合板；203、闭合弹簧；204、滑动从动杆；2041、第一连接管；2042、滑动从动弹簧；205、第二连接管；206、驱动转动杆；2061、u型弹片；2062、第三连接管；3、转动轴；301、搅拌杆；302、转动棘轮；303、连接拉绳；4、浮动块；401、滑动块；402、浮动弹簧；403、进气口；404、收集空腔；501、红外感应仪器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

参照图1-9，用于矿井采空区坍塌安全检测保护装置，包括：安装在采空区下端的空心锚杆件1，空心锚杆件1能够对煤矿内部进行支撑；固定焊接在空心锚杆件1内壁的固定板2，设置多组，多组成均匀设置的固定板2，便于对水流进行分层检测；其中，空心锚杆件1内设有用于储放与积水反应放热的粉末的粉末放置腔201，进一步的，与积水反应放热的粉末为过氧化钠；其中在粉末放置腔201打开时，水进入到粉末放置腔201内时与粉末反应放热；放置在采空区上端的红外感应仪器501，用于检测粉末放置腔201内的温度以判断采空区层面的坍塌程度。

为了便于对水的浑浊程度进行检测，空心锚杆件1内模具一体成型有导向轴101，导向轴101上滑动连接有浮动块4，浮动块4内安装有浊度仪，浊度仪能够对水的浑浊程度进行检测，判断水的溶解效率，进而侧面反映出采空区的坍塌速度。

为了便于对粉末放置腔201内的气体进行排出，固定板2上滑动连接有滑动从动杆204，滑动从动杆204上转动连接有驱动转动杆206，驱动转动杆206上固定连接有u型弹片2061，u型弹片2061的另一端固定连接在滑动从动杆204上，滑动从动杆204内设有第一连接管2041，在浮动块4上移时用于驱动滑动从动杆204上移，使得粉末放置腔201内的气体排出。

为了便于对滑动从动杆204进行复位，滑动从动杆204上固定连接有滑动从动弹簧2042，滑动从动弹簧2042远离滑动从动杆204的一端固定连接在固定板2上。

需要理解的是，u型弹片2061的弹力大于滑动从动弹簧2042的弹力，使得在浮动块4上移时，先带动滑动从动杆204、驱动转动杆206上移，当滑动从动弹簧2042弹力增加且大于u型弹片2061时，此时通过设置的第一连接管2041能够将粉末放置腔201内的气体排出，同时驱动转动杆206转动，使得驱动转动杆206离开浮动块4；

为了便于对粉末放置腔201内的粉末进行搅拌，粉末放置腔201内转动连接有转动轴3，转动轴3上固定连接有搅拌杆301，转动轴3上连接有转动棘轮302，转动棘轮302与滑动从动杆204通过连接拉绳303相连。

在滑动从动杆204上移滑动时，滑动从动杆204能够拉动连接拉绳303滑动，进而连接拉绳303带动转动棘轮302转动，转动棘轮302在该方向上，能够拉动转动轴3转动，使得转动轴3上的搅拌杆301对粉末放置腔201内的粉末、水进行搅拌，促进混合的效率，且在转动棘轮302停止转动时，转动轴3受棘轮影响，可继续转动，促进混合效果；

为了便于对浮动块4进行充气、增加其浮力，驱动转动杆206上设有第三连接管2062，固定板2上设有与第三连接管2062相通的第二连接管205，在滑动从动杆204上移时第二连接管205与第三连接管2062相通，浮动块4上设有收集空腔404，第三连接管2062与收集空腔404可拆卸相通。

粉末放置腔201内的气体经过第一连接管2041、第二连接管205、第三连接管2062进入到收集空腔404内，增加了收集空腔404的浮力，需要理解的是，收集空腔404的上端可连接有气囊，以促进浮力；

更进一步的是，在过氧化钠与水反应后会产生氧气，促进气体体积的收集即浮动块4的浮力；

为了便于将粉末放置腔201内的气体排出到收集空腔404内，浮动块4上设有与收集空腔404相通的进气口403，浮动块4上滑动连接有滑动块401，滑动块401用于遮挡进气口403，滑动块401的下端固定连接有浮动弹簧402，浮动弹簧402远离滑动块401的一端固定连接在浮动块4上，在浮动块4上移时，驱动转动杆206挤压滑动块401后使得第三连接管2062与进气口403相通。

需要理解的是，在初始状态下，

在浮动弹簧402的弹力大于u型弹片2061的弹力，在浮动块4上移时，先带动驱动转动杆206上移，受滑动从动弹簧2042作用影响，当浮动弹簧402的弹力小于于u型弹片2061的弹力时，驱动转动杆206会挤压滑动块401滑动，进而使得第三连接管2062与进气口403相通，进而便于气体进入到收集空腔404内；

为了便于对粉末放置腔201进行打开，固定板2上滑动连接有闭合板202，闭合板202上固定连接有闭合弹簧203，闭合弹簧203远离闭合板202的一端固定连接在固定板2上，水流会挤压到闭合板202上，以打开粉末放置腔201。

本发明通过设置的粉末放置腔201内的粉末，便于与水反应，经过红外感应仪器501对采空区的温度进行检测，便于对采空区的坍塌程度进行检测，且通过设置了浮动块4、浊度仪，便于对水的浑浊程度进行检测，进而检测出塌落效率，同时温度的提高便于对水土层、岩层的混合程度进行促进，促进检测效率，同时粉末放置腔201内的气体可以进入到浮动块4内，便于对空心锚杆件1进行回收。

实施例2：

参照图1-9，一种用于煤矿采空区坍塌程度检测的坍塌检测方法，主要包括以下步骤：

s1、在对煤矿开采过程中，将空心锚杆件1安装在煤矿的内壁上层；

s2、在煤矿开采完成后，将红外感应仪器501安装在地面上；

s3、在煤矿采空区渗水后，水流会在采空区的内腔内进行积累，至水面与采空区内腔的上壁相贴；

s4、水会进入到空心锚杆件1内，水流可进入到粉末放置腔201内，积水会与粉末放置腔201内的粉末反应，放出热量，同时浮动块4上移会推动驱动转动杆206、滑动从动杆204上移，在滑动从动杆204上移滑动时，滑动从动杆204能够拉动连接拉绳303滑动，进而连接拉绳303带动转动棘轮302转动，转动棘轮302在该方向上，能够拉动转动轴3转动，使得转动轴3上的搅拌杆301对粉末放置腔201内的粉末、水进行搅拌，促进混合的效率，且在转动棘轮302停止转动时，转动轴3受棘轮影响，可继续转动，促进混合效果，此时，红外感应仪器501能够检测到粉末放置腔201内的热量变化，进而判断水的深度即可知采空区的塌落程度；

s5、在步骤s4的基础上，浮动块4上移会推动驱动转动杆206、滑动从动杆204上移，使得粉末放置腔201内的气体排出，具体的，u型弹片2061的弹力大于滑动从动弹簧2042的弹力，使得在浮动块4上移时，先带动滑动从动杆204、驱动转动杆206上移，当滑动从动弹簧2042弹力增加且大于u型弹片2061时，此时通过设置的第一连接管2041能够将粉末放置腔201内的气体排出，粉末放置腔201内的气体经过第一连接管2041、第二连接管205、第三连接管2062进入到收集空腔404内，增加了收集空腔404的浮力，需要理解的是，收集空腔404的上端可连接有气囊，以促进浮力，同时驱动转动杆206转动，使得驱动转动杆206离开浮动块4，且浊度计会对水的浑浊程度进行检测，并将接收到的数据上传至外界电脑设备，对水的浑浊程度进行分析，判断水中的土层、岩层溶解程度，进而便于判断采空区的坍塌速度；

s6、在步骤s5的基础上，在粉末放置腔201内的温度升高时，能够对固定板2附近的水进行加热，促进掉落的土层、岩层融入速度，提高对溶解程度判断的精准度。

更进一步的是，在采空区完全坍塌时，受浮动块4浮力影响，便于对部分空心锚杆件1进行收集再利用；

本发明通过设置的粉末放置腔201内的粉末，便于与水反应，经过红外感应仪器501对采空区的温度进行检测，便于对采空区的坍塌程度进行检测，且通过设置了浮动块4、浊度仪，便于对水的浑浊程度进行检测，进而检测出塌落效率，同时温度的提高便于对水土层、岩层的混合程度进行促进，促进检测效率，同时粉末放置腔201内的气体可以进入到浮动块4内，便于对空心锚杆件1进行回收。

以上所述，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。