一种煤矿局部冲击地压防治装置的制作方法

1.本发明涉及一种防治装置，尤其是一种煤矿局部冲击地压防治装置。


背景技术：

2.煤矿冲击地压是煤矿井下巷道、煤柱和采掘工作面等煤岩体突然迅猛破坏而造成的一种动力灾害。进入21世纪以后，随着我国煤矿开采深度的不断增加和开采强度的加大，冲击地压灾害发生的频率和强度也在明显增加，冲击地压矿井数量显著增多，冲击地压已经成为威胁煤矿安全的主要动力灾害之一。
3.作为冲击地压的解危措施，钻孔卸压在多个国家被普遍认为是最简单实用的卸压方法，尤其是在矿山应用较为普遍的煤层大直径钻孔卸压方法，大直径钻孔卸压技术的设计理论是通过开挖大直径钻孔的方法在巷道周围煤体深部形成一个煤体强度弱化区或弱化带，为煤体在应力释放过程中产生的膨胀变形提供一个补偿空间，并且使支承压力峰值向巷道围岩深处有效地转移，从而使巷道围岩变形减小,巷道支承压力减低。
4.但该方法因需要在井下施工，非常不利于观察，对施工设备要求高，施工难度大，因此就需要在进行井下施工前进行理论分析、数值模拟、分析，以期得出最佳实施方案再由钻孔设备进行钻孔卸压，而现有钻孔设备在前期准备工作阶段有所欠缺，在实施时容易出现无法预见的突发状况，无法达成良好的冲击地压防治效果。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种煤矿局部冲击地压防治装置，解决了现有技术中的缺乏集检测、数据模拟、数据分析和钻孔卸压为一体的综合性煤矿局部冲击地压防治装置的问题。
6.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：包括钻机本体，还包括探测器和控制平台，探测器可拆卸的设置在钻机本体上，探测器用于查明在地下开采的深部或巷道工作面区域构造应力带的范围和程度并建立内部应变感测模型；
7.控制平台包括：理论计算模块，理论计算模块根据探测器传导的数据以及内部应变感测模型得出地下开采的深部或巷道工作面地质条件下卸压钻孔参数的合理范围；
8.数值模拟模块，数值模拟模块从应力及能量角度出发，分析验证理论计算模块的计算结果，确定现场施工方案，得出钻孔直径、钻孔间距、煤体所受压力和卸压效果的对应关系；
9.数据记录模块，数据记录模块设在钻机本体上，数据记录模块在钻机本体卸压钻孔时记录每米钻孔的钻屑量、高压特征和突发情况；
10.有限分析模块，有限分析模块通过数据记录模块记录的数据对以现场实测矿压显现规律作为已知特征值，反演岩体力学参数，分析深部巷道钻孔卸压机理，提出以应力转移效果及围岩变形控制效果作为卸压效果的直接评价指标，为再次卸压钻孔找准关键参数打好基础；
11.控制模块，控制模块和理论计算模块、数值模拟模块、数据记录模块和有限分析模
块信号连接，控制模块和钻机本体远程信号连接，且用于控制钻机本体的工作。
12.为了更好的实现探测，得到有效数据，探测器包括检测模块和行走模块，检测模块以钻孔卸压原理及分布式光纤传感技术为基础，扫描地下开采的深部或巷道工作面区域，建立卸压钻孔周边煤体内部应变感测模型，行走模块采用履带行走结构。
13.为了使卸压钻孔达到更好的效果，钻机本体为可远距离操纵的钻机，钻机本体在地下开采的深部或巷道工作面区域的钻孔直径≥95mm，钻机本体在地下开采的深部或巷道工作面区域的钻孔间距≤10m。
14.为了使卸压钻孔效果更好，钻机本体在地下开采的深部或巷道工作面区域钻孔深度位于采掘工作面为采高的3倍，且位于巷道侧帮为采高的4倍。
15.本发明采用上述结构，具有以下的优点：
16.1.设置钻机本体、探测器和控制平台，形成了集地下开采的深部或巷道工作面扫描检测、数据计算、数据模拟、数据分析反演和钻孔卸压为一体的综合性煤矿局部冲击地压防治装置，使得钻孔卸压前期准备工作充足，钻孔卸压后期成功率大幅度提高，危险性大大降低；
17.2.通过理论计算、数值模拟、反演分析等手段，对煤层卸压钻孔参数与煤冲击性能的关系以及采掘应力演化条件下钻孔卸压规律进行深入研究，进一步揭示钻孔卸压的作用机理，可为矿井工作面钻孔卸压时空参数的确定与优化提供科学依据；
18.3.研究成果具有很好的普遍性和适用性，随着煤层采深逐步增加，本研究成果需求量将越来越大，其潜在的社会、经济效益巨大，应用前景广泛。
附图说明
19.图1为本发明的组成结构框图。
具体实施方式
20.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
21.如图1所示，整体包括钻机本体，为了使卸压钻孔达到更好的效果，钻机本体为可远距离操纵的钻机，钻机本体在地下开采的深部或巷道工作面区域的钻孔直径≥95mm，钻机本体在地下开采的深部或巷道工作面区域的钻孔间距≤10m，为了使卸压钻孔效果更好，钻机本体在地下开采的深部或巷道工作面区域钻孔深度位于采掘工作面为采高的3倍，且位于巷道侧帮为采高的4倍；
22.钻孔时，通过控制模块控制远距离操纵的钻机进行钻孔施工，地下开采的深部或巷道工作面区域允许在低应力区开始施工卸压孔，且要由低应力区向高应力区钻进，一边钻孔一边通过数据记录模块记录每米钻孔的钻屑量、高压特征和突发情况，大直径钻孔要求尽可能的打在高应力区，试验表明，当钻孔孔径300mm，钻孔间距为1.5～2m时，煤层卸压效果好，当钻孔间距为3m时，卸压效果降低。
23.还包括探测器和控制平台，探测器可拆卸的安装在钻机本体上，施工人员和钻机本体到达地下开采的深部或巷道工作面区域后，将探测器拆下，开启履带驱动电机，探测器开始在检测模块设定好的探测范围移动，用于查明在地下开采的深部或巷道工作面区域构
造应力带的范围和程度并建立内部应变感测模型，为了更好的实现探测，得到有效数据，探测器包括检测模块和行走模块，检测模块以钻孔卸压原理及分布式光纤传感技术为基础，扫描地下开采的深部或巷道工作面区域，建立卸压钻孔周边煤体内部应变感测模型，实现以光纤拉伸应变值及卸压半径为指标评价卸压效果；行走模块采用履带行走结构，履带行走结构包括壳体、履带和履带驱动电机，履带安装在壳体下方，履带驱动电机带动履带运转；
24.控制平台包括：理论计算模块，理论计算模块根据探测器传导的数据以及内部应变感测模型用理论计算的方法得出地下开采的深部或巷道工作面地质条件下卸压钻孔参数的合理范围，例如，不同孔径卸压钻孔的卸压半径范围，并配合数值模拟模块采用数值模拟方法对理论计算得出的参数范围进行深入研究，得出适合该地质条件下的卸压钻孔优化方案；
25.数值模拟模块，数值模拟模块从应力及能量角度出发，分析验证理论计算模块的计算结果，确定现场施工方案，得出钻孔直径、钻孔间距、煤体所受压力和卸压效果的对应关系；
26.数值模拟模块运用flac
3d
软件进行模拟计算，对理论计算模块计算出的结果进行验证，结合验证结果获得煤样的应力
‑
应变曲线，得到钻孔参数与煤冲击性能指标之间的关系，也就是得出钻孔直径、钻孔间距、煤体所受压力和卸压效果的对应关系，根据这些得出的数值参数和对应关系选定现场施工卸压钻孔的施工方案；
27.数据记录模块，数据记录模块设在钻机本体上，数据记录模块在钻机本体卸压钻孔时记录每米钻孔的钻屑量、高压特征和突发情况，这些记录为后续的分析和再次的卸压钻孔提供参考价值；
28.有限分析模块，有限分析模块通过数据记录模块记录的数据对以现场实测矿压显现规律作为已知特征值，反演岩体力学参数，分析深部巷道钻孔卸压机理，提出以应力转移效果及围岩变形控制效果作为卸压效果的直接评价指标，为再次卸压钻孔找准关键参数打好基础；
29.有限分析模块，采用flac
3d
软件根据探测器传导的数据建立地下开采的深部或巷道钻孔卸压模型，对钻孔卸压前后巷道围岩应力分布规律与变形破坏特征进行了分析，本模块对flac
3d
软件进行了二次开发，以现场实测矿压显现规律作为已知特征值，反演了岩体力学参数，能够分析深部巷道钻孔卸压机理，提出以应力转移效果及围岩变形控制效果作为卸压效果的直接评价指标，系统研究卸压钻孔参数对深部巷道围岩稳定性的动态作用规律，提出影响卸压效果的各关键参数的最佳确定方法；
30.控制模块，控制模块和理论计算模块、数值模拟模块、数据记录模块和有限分析模块信号连接，控制模块和钻机本体远程信号连接，且用于控制钻机本体的工作；
31.待数值模拟模块确定完现场施工方案后，将信号传输给控制模块，控制模块按照确定好的施工方案控制钻机本体进行卸压钻孔的施工，施工过程中数据记录模块全程记录，并将记录数据传输给有限分析模块，有限分析模块根据本次施工的参数以及一些突发情况进行反演分析，得出如何更佳的提出影响卸压效果的各关键参数，以备后续改良使用；
32.另外，在有限分析模块建立钻孔卸压力学模型进行理论分析后，可以利用flac
3d
软件进行数值模拟，分析在煤块中布置卸压钻孔是否会影响煤的冲击性能，以便后续对卸压
钻孔的施工参数与煤冲击性能相关指标之间的关系进行深入研究。
33.其中，上述的履带、履带驱动电机和flac
3d
软件均是现有技术。
34.上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
35.本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。