一种矿井突水预警监测装置及方法与流程

1.本发明属于煤矿安全监测技术领域，特别是涉及一种矿井突水预警监测装置及方法。


背景技术：

2.矿井突水是指大量地下水突然集中涌入井巷的现象。在煤炭采矿过程中，矿井巷道的突水事故时有发生，如果处理不及时将导致淹没矿井巷道和矿井建筑等灾难性事故，造成严重的经济损失和人员伤亡。而在突水事故发生前，一般都有突水预兆，例如煤矿内部含水量、温度及压力发生变化或外部煤帮出现潮湿、松软、甚至煤块掉落等现象，有时煤帮还会出现铁锈色的水迹。而如何利用好突水预兆进行突水危险预警及排查，成为煤矿巷道安全生产过程中亟需解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种矿井突水预警监测装置及方法，来解决现有技术中的不足。
4.为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
5.一种矿井突水预警监测装置，包括：锚杆，所述锚杆的顶部安装有内部监测器，底部螺纹连接有调节块，所述调节块的底部固定有连接座，所述连接座的底部固定有监测板，所述监测板的顶部安装有四个角度调节器，四个所述角度调节器的顶部均固定有外部监测器，所述监测板的底部通过吊杆固定有载物板，所述载物板与监测板之间设置有驱动机构，所述载物板的底部安装有报警灯。
6.优选的，所述角度调节器包括：万向球，所述万向球焊接在所述监测板上，所述万向球的顶部转动设置有支撑板，所述万向球的周侧还套设有弹性伸缩套，所述弹性伸缩套的顶部及底部分别与所述支撑板、监测板密封连接，所述弹性伸缩套与所述万向球之间填充有镓基合金，所述镓基合金内还设置有加热电极，所述支撑板上开设有三个通孔，三个所述通孔呈等边三角形布置，所述监测板上对应的位置处同样开设有三个通孔，所述支撑板上的通孔与监测板上的通孔间贯穿有拉索，所述拉索与底部的驱动机构相连。
7.优选的，所述驱动机构包括：伺服电机，所述伺服电机固定在所述载物板上，所述伺服电机的输出轴上固定有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮的上方设置有三个从动部件。
8.优选的，所述从动部件包括：两个衔接杆，两个所述衔接杆的底部均固定有轴承，两个所述轴承间转动设置有传动轴，所述传动轴上固定有绕线辊，所述绕线辊与所述拉索连接，所述传动轴靠近所述主动锥齿轮的一侧穿设有滑动轴，所述滑动轴与所述传动轴间设置有复位弹簧，所述滑动轴的另一端固定有从动锥齿轮。
9.优选的，所述主动锥齿轮为永磁铁，所述从动锥齿轮为电磁铁，所述从动锥齿轮的尺寸小于主动锥齿轮。
10.优选的，所述传动轴内设置有导轨，所述滑动轴上设置有凹槽，所述导轨与凹槽配
合使用。
11.优选的，所述载物板上还设置有单片机，所述单片机与所述加热电极、伺服电机、从动锥齿轮及报警灯电连接。
12.优选的，所述内部监测器包括：湿度传感器、温度传感器及压力传感器。
13.优选的，所述外部监测器为超声波传感器。
14.一种矿井突水预警监测方法，采用上述任一项所述的一种矿井突水预警监测装置实现，包括如下步骤：
15.s1：利用钻孔设备在预设位置处钻孔至预设深度；
16.s2：埋入锚杆，并通过调节块调节监测板的高度；
17.s3：通过远程设备向单片机发出指令，控制加热电极加热，使弹性伸缩套内的镓基合金由固态转换为液态；
18.s4：再由单片机控制对应的从动锥齿轮通电，使其与主动锥齿轮啮合，同时启动伺服电机带动绕线辊转动，通过拉索调整支撑板的角度，进而调控外部监测器的监测角度；
19.s5：调整至合适角度后，由单片机关闭所述加热电极待镓基合金固化后，关闭所述从动锥齿轮的电源，使滑动轴在复位弹簧的作用下带动从动锥齿轮脱离啮合；
20.s5：内部监测器和外部监测器分别对煤矿的内部及外部进行实时监测，若煤矿内部的含水度、温度或压力出现变化，或者外部煤帮出现松动、铁锈色水迹的现象，则由单片机对数据进行整合并通过报警灯报警，警示矿内工作人员。
21.本发明提供的一种矿井突水预警监测装置及方法，与现有技术相比具有以下优点：
22.本发明既可对煤矿内部的含水量、温度和压力进行监测，又可对外部煤帮的状态进行监测，提升了装置预警突水的能力，并且利用镓基合金熔点低的特性，实现了对角度调节器的锁定与解除，从而对外部监测器的监测范围进行调节，适应能力强，且仅通过一个伺服电机，便可实现对单个角度调节器的全方位控制，经济效益显著，值得推广。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
24.图1为本发明的正向剖视图；
25.图2为图1在a处的局部放大图；
26.图3为图1在b处的局部放大图；
27.图4为本发明的俯视图；
28.图5为本发明滑动轴的立体图；
29.图6为本发明传动轴的立体图；
30.图7为本发明滑动轴与传动轴配合的剖面图；
31.图8为本发明主动锥齿轮与从动锥齿轮的配合关系示意图。
32.图中：1-锚杆，2-内部监测器，3-调节块，4-连接座，5-监测板，6-角度调节器，7-外
部监测器，8-吊杆，9-载物板，10-驱动机构，11-报警灯，12-万向球，13-支撑板，14-弹性伸缩套，15-镓基合金，16-拉索，17-伺服电机，18-主动锥齿轮，19-从动部件，20-衔接杆，21-轴承，22-传动轴，23-绕线辊，24-滑动轴，25-复位弹簧，26-从动锥齿轮，27-导轨，28-凹槽，29-加热电极。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步说明：
34.实施例1
35.参考图1-8所示，本发明提供了一种矿井突水预警监测装置，包括：锚杆1，所述锚杆1的顶部安装有内部监测器2，底部螺纹连接有调节块3，所述调节块3的底部固定有连接座4，所述连接座4的底部固定有监测板5，所述监测板5的顶部安装有四个角度调节器6，四个所述角度调节器6的顶部均固定有外部监测器7，所述监测板5的底部通过吊杆8固定有载物板9，所述载物板9与监测板5之间设置有驱动机构10，所述载物板9的底部安装有报警灯11。优选的，所述报警灯11分为两种工作状态，正常状态下为绿色常亮，突水预警下为红色闪烁。
36.所述角度调节器6包括：万向球12，所述万向球12焊接在所述监测板5上，所述万向球12的顶部转动设置有支撑板13，所述万向球12的周侧还套设有弹性伸缩套14，所述弹性伸缩套14的顶部及底部分别与所述支撑板13、监测板5密封连接，所述弹性伸缩套14与所述万向球12之间填充有镓基合金15，所述镓基合金15内还设置有加热电极29，所述支撑板13上开设有三个通孔，三个所述通孔呈等边三角形布置，所述监测板5上对应的位置处同样开设有三个通孔，所述支撑板13上的通孔与监测板5上的通孔间贯穿有拉索16，所述拉索16与底部的驱动机构10相连。优选的，所述镓基合金为镓铟合金，熔点为55度。
37.所述驱动机构10包括：伺服电机17，所述伺服电机17固定在所述载物板9上，所述伺服电机17的输出轴上固定有主动锥齿轮18，所述主动锥齿轮18的上方设置有三个从动部件19。所述从动部件19包括：两个衔接杆20，两个所述衔接杆20的底部均固定有轴承21，两个所述轴承21间转动设置有传动轴22，所述传动轴22上固定有绕线辊23，所述绕线辊23与所述拉索16连接，所述传动轴22靠近所述主动锥齿轮18的一侧穿设有滑动轴24，所述滑动轴24与所述传动轴22间设置有复位弹簧25，所述滑动轴24的另一端固定有从动锥齿轮26。所述主动锥齿轮18为永磁铁，所述从动锥齿轮26为电磁铁，所述从动锥齿轮26的尺寸小于主动锥齿轮18，避免三个从动锥齿轮26相互干涉。
38.所述传动轴22内设置有导轨27，所述滑动轴24上设置有凹槽28，所述导轨27与凹槽28配合使用，使得传动轴22与滑动轴24间只可发生相对滑动，无法发生相对转动。
39.所述载物板9上还设置有单片机，所述单片机与所述加热电极29、伺服电机17、从动锥齿轮26及报警灯11电连接。
40.所述内部监测器2包括：湿度传感器、温度传感器及压力传感器，可对煤矿内部的水含量、温度及压力进行实时传感检测。
41.所述外部监测器7为超声波传感器，可对探测区域表面甚至稍微内层一些的变化进行实时传感监测。
42.实施例2
43.参考图1-8所示，本发明提供了一种矿井突水预警监测方法，采用上述任一项所述的一种矿井突水预警监测装置实现，包括如下步骤：
44.s1：利用钻孔设备在预设位置处钻孔至预设深度；
45.s2：埋入锚杆1，并通过调节块3调节监测板5的高度；
46.s3：通过远程设备向单片机发出指令，控制加热电极29加热，使弹性伸缩套14内的镓基合金15由固态转换为液态；
47.s4：再由单片机控制对应的从动锥齿轮26通电，使其与主动锥齿轮18啮合，同时启动伺服电机17带动绕线辊23转动，通过拉索16调整支撑板13的角度，进而调控外部监测器7的监测角度；
48.s5：调整至合适角度后，由单片机关闭所述加热电极29待镓基合金15固化后，关闭所述从动锥齿轮26的电源，使滑动轴24在复位弹簧25的作用下带动从动锥齿轮26脱离啮合；
49.s5：内部监测器2和外部监测器7分别对煤矿的内部及外部进行实时监测，若煤矿内部的含水度、温度或压力出现变化，或者外部煤帮出现松动、铁锈色水迹的现象，则由单片机对数据进行整合并通过报警灯11报警，警示矿内工作人员。
50.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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技术和简化描述，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技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
51.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
52.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种矿井突水预警监测装置，其特征在于，包括：锚杆(1)，所述锚杆(1)的顶部安装有内部监测器(2)，底部螺纹连接有调节块(3)，所述调节块(3)的底部固定有连接座(4)，所述连接座(4)的底部固定有监测板(5)，所述监测板(5)的顶部安装有四个角度调节器(6)，四个所述角度调节器(6)的顶部均固定有外部监测器(7)，所述监测板(5)的底部通过吊杆(8)固定有载物板(9)，所述载物板(9)与监测板(5)之间设置有驱动机构(10)，所述载物板(9)的底部安装有报警灯(11)。2.根据权利要求1所述的一种矿井突水预警监测装置，其特征在于，所述角度调节器(6)包括：万向球(12)，所述万向球(12)焊接在所述监测板(5)上，所述万向球(12)的顶部转动设置有支撑板(13)，所述万向球(12)的周侧还套设有弹性伸缩套(14)，所述弹性伸缩套(14)的顶部及底部分别与所述支撑板(13)、监测板(5)密封连接，所述弹性伸缩套(14)与所述万向球(12)之间填充有镓基合金(15)，所述镓基合金(15)内还设置有加热电极(29)，所述支撑板(13)上开设有三个通孔，三个所述通孔呈等边三角形布置，所述监测板(5)上对应的位置处同样开设有三个通孔，所述支撑板(13)上的通孔与监测板(5)上的通孔间贯穿有拉索(16)，所述拉索(16)与底部的驱动机构(10)相连。3.根据权利要求2所述的一种矿井突水预警监测装置，其特征在于，所述驱动机构(10)包括：伺服电机(17)，所述伺服电机(17)固定在所述载物板(9)上，所述伺服电机(17)的输出轴上固定有主动锥齿轮(18)，所述主动锥齿轮(18)的上方设置有三个从动部件(19)。4.根据权利要求3所述的一种矿井突水预警监测装置，其特征在于，所述从动部件(19)包括：两个衔接杆(20)，两个所述衔接杆(20)的底部均固定有轴承(21)，两个所述轴承(21)间转动设置有传动轴(22)，所述传动轴(22)上固定有绕线辊(23)，所述绕线辊(23)与所述拉索(16)连接，所述传动轴(22)靠近所述主动锥齿轮(18)的一侧穿设有滑动轴(24)，所述滑动轴(24)与所述传动轴(22)间设置有复位弹簧(25)，所述滑动轴(24)的另一端固定有从动锥齿轮(26)。5.根据权利要求4所述的一种矿井突水预警监测装置，其特征在于，所述主动锥齿轮(18)为永磁铁，所述从动锥齿轮(26)为电磁铁，所述从动锥齿轮(26)的尺寸小于主动锥齿轮(18)。6.根据权利要求4所述的一种矿井突水预警监测装置，其特征在于，所述传动轴(22)内设置有导轨(27)，所述滑动轴(24)上设置有凹槽(28)，所述导轨(27)与凹槽(28)配合使用。7.根据权利要求4所述的一种矿井突水预警监测装置，其特征在于，所述载物板(9)上还设置有单片机，所述单片机与所述加热电极(29)、伺服电机(17)、从动锥齿轮(26)及报警灯(11)电连接。8.根据权利要求1所述的一种矿井突水预警监测装置，其特征在于，所述内部监测器(2)包括：湿度传感器、温度传感器及压力传感器。9.据权利要求1所述的一种矿井突水预警监测装置，其特征在于，所述外部监测器(7)为超声波传感器。10.一种矿井突水预警监测方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的一种矿井突水预警监测装置实现，包括如下步骤：s1：利用钻孔设备在预设位置处钻孔至预设深度；s2：埋入锚杆(1)，并通过调节块(3)调节监测板(5)的高度；
s3：通过远程设备向单片机发出指令，控制加热电极(29)加热，使弹性伸缩套(14)内的镓基合金(15)由固态转换为液态；s4：再由单片机控制对应的从动锥齿轮(26)通电，使其与主动锥齿轮(18)啮合，同时启动伺服电机(17)带动绕线辊(23)转动，通过拉索(16)调整支撑板(13)的角度，进而调控外部监测器(7)的监测角度；s5：调整至合适角度后，由单片机关闭所述加热电极(29)待镓基合金(15)固化后，关闭所述从动锥齿轮(26)的电源，使滑动轴(24)在复位弹簧(25)的作用下带动从动锥齿轮(26)脱离啮合；s5：内部监测器(2)和外部监测器(7)分别对煤矿的内部及外部进行实时监测，若煤矿内部的含水度、温度或压力出现变化，或者外部煤帮出现松动、铁锈色水迹的现象，则由单片机对数据进行整合并通过报警灯(11)报警，警示矿内工作人员。

技术总结
本发明公开了一种矿井突水预警监测装置及方法，属于煤矿安全监测技术领域，包括：锚杆，锚杆的顶部安装有内部监测器，底部螺纹连接有调节块，调节块的底部固定有连接座，连接座的底部固定有监测板，监测板的顶部安装有四个角度调节器，四个角度调节器的顶部均固定有外部监测器，监测板的底部通过吊杆固定有载物板，载物板与监测板之间设置有驱动机构，载物板的底部安装有报警灯。本发明既可对煤矿内部的含水量、温度和压力进行监测，又可对外部煤帮的状态进行监测，提升了装置预警突水的能力，并且利用镓基合金熔点低的特性，实现了对角度调节器的锁定与解除，从而对外部监测器的监测范围进行调节，适应能力强。适应能力强。适应能力强。


技术研发人员：郭婵妤 黄泰誉 王丹丹 唐朝苗
受保护的技术使用者：中国煤炭地质总局勘查研究总院
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/14