一种基于露井联采下采空区塌陷自动防护装置的制作方法

本发明涉及矿山防护领域，具体涉及一种基于露井联采下采空区塌陷自动防护装置。

背景技术：

露天开采中，地应力随着开采的进行将会大范围卸荷，地下开采是加载与卸载的复合作用，而先露天开采后井工开采或露井联采同时进行是更为复杂的卸载与加载过程。国内外露天开采转井工开采矿山的经验表明，边坡稳定性要比单一露天开采时降低。在露井联采的过程中会出现复合扰动，且边坡的稳定性受到诸多不同因素的影响，边坡的边坡失稳主要因素与单一开采时存在较大差异。边坡的不稳定性会影响地下采空区引起采空区塌陷，即采空区内空气压缩过程和高压气体从巷道(喷口)，出形成破坏性很大的气浪，对井下设施及人员构成很大危害，甚至可使矿井报废。

露天开釆平稳过渡到地下开采最为关键的岩石力学技术难题是：露天开釆时期的大规模开挖，对露天坑周围岩体形成较大的应力扰动，局部产生应力集中现象。在此基础上进行地下开釆，将形成更为复杂的次生应力场，引起边坡围岩的进一步变形和破坏，甚至出现滑坡失稳和巷道变形破坏等地压灾害境界矿柱的稳定性是关系到露天转地下过渡中矿山安全生产的重要问题。通过留设境界矿柱可以使露天与地下开釆同时进行，保证在露天转地下开采过程中，开釆矿量保持稳定和通风系统正常运行，但是境界矿柱的预留也会给地下开采的安全带来隐患。如果境界矿柱留的过薄，易造成境界矿柱突然间崩落，会对地下采空区产生强动力冲击。当境界矿柱塌落时，对釆空区内空气进行压缩，被压缩的空气从与釆空区连通的巷道泄出时，具有很高的速度高达以上高达100m/s以上，形成破坏性很大的气浪，对井下设施及人员构成很大危害，甚至可使矿井报废。境界矿柱如果留的过厚又会造成矿产资源的浪费，因为矿柱回采率低（只有40%左右），甚至更少，贫化率大，回采境界矿柱的掘进工程量和投资较大。因此，对于采空区塌陷时气浪的防治是一个急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于露井联采下采空区塌陷自动防护装置，该装置通过信息采集装置和防护装置提前预警以及防护设备及人员安全，通过导流和梯形结构的防护两方面同时作用，使得采空区被压缩的空气产生的冲击波无法对防护装置后方的人员和设备造成损伤，导流是将气流循环疏导；防护是通过梯形结构的防护装置来应对强大的冲击波，两方面相结合，进而避免了防护装置被冲击波冲击变形而无法或者防护效果差的问题发生。

一种基于露井联采下采空区塌陷自动防护装置，其特征在于包括排布放置在采空区区域的信息采集处理装置和设置在巷道内的防护装置，其中信息采集处理装置还包括超声波测距传感器，3d加速度传感器，压力传感器；所述超声波测距传感器放置于采空区内用于监测上方采空区塌陷；所述3d加速度传感器放置于采空区顶部用于监测坍塌趋势；所述压力传感器放置于液压支架上用于监测液压承受压力的变化；

所述防护装置包括前防护门，后防护门，顶板，第一底卡，第二底卡；所述巷道内采空区的后方巷道顶部固定有顶板，在顶板的两端分别铰接固定有前防护门和后防护门，前防护门和后防护门水平转起并通过电磁锁固定在巷道的顶部，且前防护门和后防护门抬起时均指向采空区方向；所述前防护门和后防护门之间底部的巷道内固定有两个底卡，分别为第一底卡合第二底卡，靠近采空区方向的第一底卡位于顶板的左侧，在第一底卡右侧的第二底卡位于顶板的右端与顶板紧邻；所述前防护门的竖直长度大于巷道的高度，使其下落后，前防护门、第一底卡、第二底卡、后防护门、顶板形成一个梯形结构，形成一个整体的防护装置，梯形结构能够增加抗冲撞力；

所述巷道内防护装置的前侧连通巷道的设有气流导流巷，且分部在巷道的左右两侧，用于导流冲击波的气浪。

优选地，在顶板和底卡之间的巷道侧壁固定也设有侧板，当前防护门和后防护门均下落后，与顶板、底卡侧板形成一个闭合的梯形体，其抗冲击力有显著提升。

优选地，所述前防护门上竖向的设有加强筋，增强门板的抗冲击力。

优选地，所述气流导流巷前侧设有外开门，使得气流只能导流回流，进而缓冲冲击波。

优选地，所述超声波测距传感器，3d加速度传感器，压力传感器中任意一个达到检测阈值均会出发电磁锁动作。

本发明的有益效果在于以下几点：

第一，目前专门针对露井联采下采空区塌陷的防护装置国内匮乏，而露井联采下采空区塌陷又几乎是一个必然的结果，本申请能够通过防护装置与检测装置的配合，能够尽量的保护设备财产安全和技术工人的安全；

第二，本申请采用超声波测距传感器，3d加速度传感器，压力传感器同时进行检测，有效提升检测准确性，为撤离设备和人员争取更多的时间；

第三，若发生撤离不及时，通过梯形结构的防护装置能够有效抵抗采空区塌陷而将该区域的气体挤压产生的冲击波，其效果远比双重防护门要好得多；

第四，通过在巷道内设置气流导流巷，能够对冲击波产生一个回流的作用，使撞击到门上的冲击气流能够由巷道两侧的气流导流巷导流回流，从而分担防护装置所承受的气流冲击力，更大程度的保护人员和设备的安全。

附图说明

图1位本发明的巷道侧面剖切结构示意图。

图2位本发明的巷道俯视结构示意图。

图3为本发明的单片机运行流程图。

图4为本发明的电路连接示意图。

图中，超声波测距传感器1，3d加速度传感器2，压力传感器3，防护装置4，前防护门4-1，后防护门4-2，顶板4-3，第一底卡4-4，电磁锁4-5，第二底卡4-6，气流导流巷5。

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。

一种基于露井联采下采空区塌陷自动防护装置4，其中主要包括排布放置在采空区区域的信息采集处理装置和设置在巷道内的防护装置4，其中信息采集处理装置还包括超声波测距传感器1（rcwl-1601超声波模块），3d加速度传感器2（gy-521三轴加速度模块），压力传感器3；超声波测距传感器1安装于采空区顶部的下方用于监测上方采空区塌陷；3d加速度传感器2放置于采空区顶部地表上用于监测坍塌趋势，及采空区上方的地面表面；压力传感器3放置于液压支架上用于监测液压承受压力的变化。

其中，防护装置4包括防护门，顶板4-3，底卡4-4；巷道内采空区的后方巷道顶部通过锚杆固定有顶板4-3，锚杆通过混凝土浇筑固定正在巷道的顶部，顶板4-3贴合在巷道顶部，与巷道顶部固定连接，在顶板4-3的左、右两端分别铰接固定有前防护门4-1和后防护门4-2，前防护门4-1和后防护门4-2水平围绕铰接点转起并通过电磁锁4-5固定在巷道的顶部，前防护4-1门逆时针转起，后防护门4-2也逆时针转起，既前防护门4-1与后防护门4-2在转起时，均指向采空区方向，且平时前防护门4-1和后防护门4-2也贴着巷道顶部，当遇到特殊情况（传感器检测报警），则电磁锁4-5会回缩，使得前防护门4-1和后防护门4-2围绕铰接点转动下落；前防护门4-1和后防护门4-2之间底部的巷道内固定有第一底卡4-4和第二底卡4-6，第一底卡4-4位于顶板4-3的左侧，第二底卡4-6位于顶板的右端且与顶板在同一竖直平面；同时，前防护门4-1的竖直长度大于航道的高度，当两扇防护门同时下落时，前防护门4-1的自由端着地并被第一底卡4-4卡住（此时为倾斜状态），后防护门4-2的自由端下落到竖直面时，被第二底卡4-6卡住；而这种状态下，前防护门4-1、第一底卡4-4、后防护门4-2、第二底卡4-6，顶板4-3形成一个梯形结构框，梯形结构能够有效的增加抗冲撞力，为进一步增加强度，在顶板4-3和底卡4-4之间的巷道侧壁固定也设有侧板，当前防护门4-1和后防护门4-2均下落后，与顶板4-3、第一底卡4-4、第二底卡4-6（第一底卡与第二底卡相当于梯形结构的底面）、侧板形成一个闭合的梯形体，其抗冲击力有显著提升；同时为增加前防护门4-1和后防护门4-2表面设有加强筋，使其不易被冲击力撞弯，增加其应力承受能力。

在本发明中，巷道内防护装置4的前侧连通巷道的设有气流导流巷5，且分部在巷道的左右两侧，用于导流冲击波的气浪，并且在气流导流巷5前侧设有外开门，使得气流只能导流回流，进而使撞击在前防护门4-1上的冲击波分流至气流导流巷5并在巷道内循环，进而逐渐减少冲击力，为防护装置4分担压力。

在本发明中，超声波测距传感器1、3d加速度传感器2、压力传感器3中任意一个达到检测阈值（由于每个地方的土质要求不同，阈值的大小需要技术人员在开采地进行评估确定）均会触发电磁锁4-5动作，使前防护门4-1和后防护门4-2落下，及时的保护人员和设备安全，由于采空区的塌陷和下沉是一个缓慢的过程，因此传感器从检测到数据变化到达到阈值这个过程，人员尽可能的先到防护装置4后方的避难，从而尽可能的减少人员伤亡。在本申请中，超声波测距传感器1，3d加速度传感器2，压力传感器3分别接在单片机（stc12c5a60s2单片机）的信号输入端口（既传感器的接入端口），电磁锁通过继电器接在单片机的输出端口（具体电路如图4所示）。

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。