煤矿巷道冲击地压监测治理系统及方法与流程

本发明涉及煤矿开采，具体涉及一种煤矿巷道冲击地压监测治理系统及方法。

背景技术：

1、随着煤矿开采深度的不断加大，冲击地压灾害已成为深部矿井安全生产的重要威胁。这种灾害是由于煤岩体在应力累积至临界点时突然破裂，迅速释放大量能量，导致强烈的动压现象，具有突发性和破坏性强的特点。

2、相关技术中，煤矿巷道冲击地压监测治理技术主要依赖于被动监测手段，如应力监测、声波监测等，这些方法虽能对冲击地压进行监测，但预警后的应对措施往往不够有效，缺乏对灾害发生前兆的深入分析和预测。此外，相关技术中未能充分利用冲击地压释放的能量，导致能量浪费，不利于节能减排和资源的高效利用。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的实施例提出一种煤矿巷道冲击地压监测治理系统及方法。

3、本发明实施例的煤矿巷道冲击地压监测治理系统包括监测模块、泄压模块、吸能模块和储能模块，所述监测模块用于采集巷道顶板煤岩体内部微破裂产生的地音信号，并对所述地音信号的频率和能量进行分析，以评估冲击危险性并输出预警信号及风险等级；所述泄压模块与所述监测模块通信连接，用于接收所述预警信号，并根据所述风险等级向巷道顶板发射预设频率的声波，以诱导顶板内部微裂隙可控扩展，形成渐进式能量释放通道；所述吸能模块安装于巷道顶板，用于吸收冲击地压释放的能量；所述储能模块与所述吸能模块连接，用于储存所述吸能模块所吸收的冲击地压的能量。

4、在一些实施例中，所述泄压模块包括声波发生器、功率放大器和换能器阵列，声波发生器用于生成预设频率的声波信号；功率放大器用于增强所述声波信号的强度；所述换能器阵列贴合布置于巷道顶板表面，用于将放大后的电信号转换为机械振动并耦合至顶板岩层内部。

5、在一些实施例中，所述预设频率的声波为通过岩层特性分析预先确定的低频振动波，所述低频振动波的频率与目标顶板岩层的固有频率相匹配，以最大化能量传递与裂隙诱导效率。

6、在一些实施例中，所述吸能模块包括主吸能单元，所述主吸能单元包括支撑板、液压支架、蓄能器和安全阀，所述液压支架包括缸体和活塞杆，所述活塞杆可移动地设于所述缸体内并将所述缸体分隔为第一油腔和第二油腔，其中所述第一油腔进油且所述第二油腔出油时，所述活塞杆伸出所述缸体，所述活塞杆与所述支撑板相连以将所述支撑板抵靠于巷道顶板，所述蓄能器和所述安全阀与所述第一油腔连通。

7、在一些实施例中，所述吸能模块还包括辅助吸能单元，所述辅助吸能单元包括多个第一压电陶瓷片和多个弹性片，多个所述第一压电陶瓷片与多个所述弹性片交替叠置在支撑板的顶面，所述第一压电陶瓷片与所述储能模块电连接。

8、在一些实施例中，所述辅助吸能组件还包括支撑杆、囊袋和第二压电陶瓷片，所述支撑杆用于伸入巷道顶板的钻孔内，所述囊袋套设于所述支撑杆，所述第二压电陶瓷片贴合于所述囊袋的外壁面，所述囊袋膨胀以将所述第二压电陶瓷片紧贴于所述钻孔的孔壁面，所述第二压电陶瓷片与所述储能模块电连接。

9、在一些实施例中，所述储能模块包括整流单元、稳流单元和电源，所述电源依次通过稳流单元和整流单元与所述吸能模块。

10、本发明实施例的煤矿超前巷道顶板冲击地压治理方法，该方法应用于上述任一实施例中所述的煤矿巷道冲击地压监测治理系统，包括以下步骤：

11、s1：通过监测模块实时监测巷道顶板的煤岩体内部的地音信号，并分析信号特征参数，评估冲击风险等级并生成预警信息；

12、s2：当评估的冲击风险等级超过预设阈值时，启动泄压模块，向巷道顶板发射预设频率的声波，诱导顶板岩层内部微裂隙扩展泄压；

13、s3：同步控制吸能模块进入吸能模式，并根据预警的风险等级，动态调整吸能模块中的配合参数；

14、s4：利用吸能模块吸收冲击地压发生时释放的动能，并通过储能模块将吸收的能量进行转化与储存。

15、在一些实施例中，步骤s2中，所述预设频率的地音信号根据顶板岩层的岩性、厚度及应力状态通过试验或数值模拟预先确定，并在泄压过程中根据监测模块的反馈进行自适应泄压模块的频率微调。

16、在一些实施例中，步骤s3中，所述动态调整吸能模块的配合参数包括：根据风险等级的高低，调节吸能模块中液压支架中第一油腔的油压以及囊袋的膨胀力。

17、本发明实施例的煤矿巷道冲击地压监测治理系统，一是实现了从被动监测到主动干预的转变，通过声波诱导的渐进式泄压有效降低了突发性冲击的风险；二是将原本具有破坏性的冲击能量转化为可利用资源，提升了能源利用效率，符合节能减排要求；三是整合了监测、预警、泄压与能量回收的全流程，增强了矿井灾害治理的主动性与系统性，为深部煤矿安全生产提供了更全面的技术保障。

1.一种煤矿巷道冲击地压监测治理系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的煤矿巷道冲击地压监测治理系统，其特征在于，所述泄压模块包括：

3.根据权利要求2所述的煤矿巷道冲击地压监测治理系统，其特征在于，所述预设频率的声波为通过岩层特性分析预先确定的低频振动波，所述低频振动波的频率与目标顶板岩层的固有频率相匹配，以最大化能量传递与裂隙诱导效率。

4.根据权利要求1所述的煤矿巷道冲击地压监测治理系统，其特征在于，所述吸能模块包括主吸能单元，所述主吸能单元包括：

5.根据权利要求4所述的煤矿巷道冲击地压监测治理系统，其特征在于，所述吸能模块还包括辅助吸能单元，所述辅助吸能单元包括多个第一压电陶瓷片和多个弹性片，多个所述第一压电陶瓷片与多个所述弹性片交替叠置在支撑板的顶面，所述第一压电陶瓷片与所述储能模块电连接。

6.根据权利要求5所述的煤矿巷道冲击地压监测治理系统，其特征在于，所述辅助吸能组件还包括支撑杆、囊袋和第二压电陶瓷片，所述支撑杆用于伸入巷道顶板的钻孔内，所述囊袋套设于所述支撑杆，所述第二压电陶瓷片贴合于所述囊袋的外壁面，所述囊袋膨胀以将所述第二压电陶瓷片紧贴于所述钻孔的孔壁面，所述第二压电陶瓷片与所述储能模块电连接。

7.根据权利要求1所述的煤矿巷道冲击地压监测治理系统，其特征在于，所述储能模块包括整流单元、稳流单元和电源，所述电源依次通过稳流单元和整流单元与所述吸能模块。

8.一种煤矿超前巷道顶板冲击地压治理方法，该方法应用于权利要求1-7中任一项所述的煤矿巷道冲击地压监测治理系统，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的煤矿超前巷道顶板冲击地压治理方法，其特征在于，步骤s2中，所述预设频率的地音信号根据顶板岩层的岩性、厚度及应力状态通过试验或数值模拟预先确定，并在泄压过程中根据监测模块的反馈进行自适应泄压模块的频率微调。

10.根据权利要求8所述的煤矿超前巷道顶板冲击地压治理方法，其特征在于，步骤s3中，所述动态调整吸能模块的配合参数包括：根据风险等级的高低，调节吸能模块中液压支架中第一油腔的油压以及囊袋的膨胀力。