沿空留巷采空区冒落矸石堆积特性测定装置及其测定方法与流程

1.本发明涉及矿业测定技术领域，具体为沿空留巷采空区冒落矸石堆积特性测定装置及其测定方法。


背景技术：

2.全部垮落法开采过程中，随着采煤工作面不断地向前推进，顶板岩层会不断冒落填充采空区，不仅可以及时减少工作面的控顶面积，减轻工作面顶板压力，还能对上覆岩层起到一定的支承作用，抑制覆岩运动和地表沉陷，采空区内的冒落矸石处于一种长期承压变形的状态，时间效应极为显著，随着时间的推移，冒落矸石会因承载能力降低而减弱对覆岩的支承作用，极易加剧采空区围岩结构失稳，引发矿井突水和地表塌陷等动力灾害。因此，很有必要对冒落矸石承载变形特性进行研究，《煤矿安全规程》中规定“必须随采煤工作面的推进逐个封闭通至采空区的连通巷道”，因此，冒落矸石承载变形特性难以借助现场观测直接进行，室内试验成为解决这一问题的有效手段。
3.冒落矸石承载变形特性主要受矸石岩性、受力特征和堆积特性等3个因素影响，矸石堆积特性主要包括：矸石块体间的接触形式、矸石堆积体的块度级配以及空隙率等，矸石岩性在工作面开采之前就已经探明，矸石受力特性可以通过预埋在工作面底板的压力传感器进行实时监测获取，由于《煤矿安全规程》中明确规定“必须随采煤工作面的推进逐个封闭通至采空区的连通巷道”，因此，采空区内冒落矸石是隐蔽不可见的，采空区矸石堆积特性的测定，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供沿空留巷采空区冒落矸石堆积特性测定装置及其测定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：沿空留巷采空区冒落矸石堆积特性测定装置，包括挡墙，所述挡墙一侧贯穿开设有窗口，窗口内通过四个安装组件对称插接设有两个第一组装盒和两个第二组装盒，两个第一组装盒之间通过限位组件竖直插接设有若干观察板，两个第二组装盒一侧均设有夹持组件，夹持组件一侧分别与一侧观察板一侧相接触，两个第一组装盒和两个第二组装盒内均插接设有连通组件，连通组件一侧均对称设有若干清理组件，清理组件分别位于观察板一侧设置，一侧第一组装盒一侧通过连接组件设有支撑组件，支撑组件一侧通过加强组件水平设有横板。
6.优选的，所述安装组件包括安装盒，安装盒一侧倾斜对称设有两个安装螺杆，挡墙的窗口一侧开设有环形槽，两个安装螺杆分别贯穿插接置于环形槽内通过垫块和螺母固定连接。
7.优选的，所述第一组装盒和第二组装盒两侧均一体设有滑块，安装盒两侧均对称开设有第一滑槽，两个第一组装盒和两个第二组装盒一侧滑块分别插接置于四个安装盒的两个第一滑槽内。
8.优选的，所述限位组件包括限位块，两个第一组装盒一侧均开设有板槽，板槽内一侧开设有限位槽，限位块通过防脱块插接置于限位槽内，限位块下端通过轴杆活动连接设有限位板，限位板一侧插接置于限位槽内，限位板插接置于限位槽内一侧对称开设有若干卡槽，限位槽内两侧对称嵌接设有若干卡接弹片，若干卡接弹片一侧分别插接置于卡槽内，限位板和板槽内一侧均通过球杆插接设有若干滚珠，且若干滚珠一侧分别于观察板插接置于板槽内一侧相接触。
9.优选的，所述连通组件包括连通管，连通管水平插接置于第一组装盒和第二组装盒内一侧设置，第一组装盒和第二组装盒一侧均开设有第一放置槽，第一放置槽内均插接设有密封气囊，密封气囊一侧均通过若干第一进气管与连通管一侧相连接，四个密封气囊一侧分别于窗口内一侧相接触，安装盒内一侧开设有转接腔，且四个连通管两侧分别通过转接管与四个转接腔相连接。
10.优选的，所述夹持组件包括夹持气囊，两个第二组装盒一侧均开设有第二放置槽，两个夹持气囊一侧分别通过若干第二进气管插接置于第二放置槽内与连通管相连接，若干观察板相接触一侧均为高精度直角边结构设置，且两个夹持气囊一侧于观察板一侧相接触。
11.优选的，所述清理组件包括清理喷头，若干清理喷头倾斜设于第一组装盒和第二组装盒一侧，连通管一侧对称设有若干排气阀，若干排气阀一侧分别通过排气管与若干清理喷头一侧相连接。
12.优选的，所述连接组件包括连接头，支撑组件包括l形支撑板，l形支撑板一侧通过转轴水平连接设有连接螺筒，连接螺筒通过螺纹套接连接头设置，加强组件包括两个挡板，l形支撑板一侧开设有第二滑槽，横板下端一侧一体设有滑板，滑板一侧插接置于第二滑槽内，两个挡板对称设于l形支撑板下端两侧，两个挡板和横板一侧均贯穿开设有三个加强孔，且加强孔内插接水平插接设有加强杆。
13.优选的，所述安装盒的转接腔一侧均开设有进气接头，窗口一侧设有充气电机，充气电机通过送气管与一侧安装盒的进气接头相连接，横板上端通过若干定位孔竖直设有伸缩支撑架，且伸缩支撑架上端设有相机。
14.沿空留巷采空区冒落矸石堆积特性测定方法，包括以下步骤：
15.步骤一：随着采煤工作面的推进，在沿空留巷靠近采空区侧构筑挡墙，在构筑隔离墙体时，间隔设置窗口和环形槽，窗口的高度宜为割煤高度、宽度宜为综采支架移架步距，观察窗口设置数量不少于三个，且在窗口对应的观测位置设置十字标尺；
16.步骤二：通过安装螺杆将四个安装盒安装在窗口内四个拐角，在通过滑块和第一滑槽依次将两个第一组装盒和两个第二组装盒分别对称插接设于窗口内四侧，然后取出材料优选高强度、高韧性、高透明度的长条状pc防火板材的观察板；
17.步骤三：运输过程中可通过胶套对条形观察板的连接侧面进行保护，然后取下胶套，将若干观察板两侧分别插入两个板槽内与一侧滚珠相接触，且保持相邻两个观察板之间紧密相接触；
18.步骤四：通过轴杆旋转限位板至竖直状态，向限位槽内进行推动，使卡接弹片插入限位板的卡槽，限位板的滚珠同时与观察板一侧接触，对观察板的位置进行一定限位；
19.步骤五：通过送气管将一侧安装盒与防爆级别的现有技术中充气电机进行连接，
启动充气电机后，气体通过连通管、转接管和转接腔分别送入四个密封气囊和两个夹持气囊，对窗口的连接进行密封，以及加强多个观察板之间连接紧密性，当连通管内气压过高时，顶开排气阀放气，放出的气体通过排气管进入清理喷头，对观察板位于采空区一侧的灰尘和水雾进行吹除；
20.步骤六：通过l形支撑板的连接螺筒与一侧第一组装盒的连接头进行连接,之后通过加强杆将横板与l形支撑板进行连接后，通过定位孔进行连接现有技术中的三支腿伸缩支撑架即可，然后在伸缩支撑架上端进行连接相机，相机可为矿用防爆相机，像素不应低于两千万，获取采空区内冒落矸石的图片；
21.步骤七：对图片进行处理，依次通过图像增强、图像去噪、形态学处理、图像分割来提取冒落矸石堆积体的图像；
22.步骤八：通过十字标尺比例换算即可得出为矸石块体的真实尺寸，进而获得矸石堆积体的块度级配；
23.步骤九：矸石块体间的接触形式，点接触、线接触、面接触等可以用直接观测法进行获取。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.1.该装置通过安装盒的快速连接方式，实现在煤矿井下复杂环境中的快速组装，操作简单方便，便于运输，适用范围广；
26.2.通过连通管所连接的密封气囊和夹持气囊，对设备和观察板进行有效密封和固定限位，在一侧排气阀连接的若干清理喷头作用下保持稳定连接的同时对采空区的粉尘和水雾空气进行吹风，避免观察板一侧可视度变差；
27.3.通过l形支撑板的快速安装连接，面对煤矿井下复杂地形，仍旧可以进行快速的组装测定相机，达到安装效率高，测定结果准的目的。
附图说明
28.图1为本发明结构示意图；
29.图2为本发明结构侧剖示意图；
30.图3为本发明图1的a部位示意图；
31.图4为本发明图1的b部位示意图；
32.图5为本发明图2的c部位示意图；
33.图6为本发明安装盒立体结构示意图；
34.图7为本发明l形支撑板连接结构立体示意图。
35.图中：挡墙1、窗口2、第一组装盒3、第二组装盒4、观察板5、横板6、安装盒7、安装螺杆8、环形槽9、滑块10、限位块11、限位板12、卡接弹片13、滚珠14、连通管15、密封气囊16、转接腔17、转接管18、夹持气囊19、清理喷头20、排气阀21、排气管22、连接头23、l形支撑板24、连接螺筒25、挡板26、加强杆27、送气管29、伸缩支撑架30、相机31。
具体实施方式
36.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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本
发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.请参阅图1-7，本发明提供沿空留巷采空区冒落矸石堆积特性测定装置：包括挡墙1，挡墙1一侧贯穿开设有窗口2，窗口2内通过四个安装组件对称插接设有两个第一组装盒3和两个第二组装盒4，两个第一组装盒3之间通过限位组件竖直插接设有若干观察板5，安装组件包括安装盒7，安装盒7一侧倾斜对称设有两个安装螺杆8，挡墙1的窗口2一侧开设有环形槽9，两个安装螺杆8分别贯穿插接置于环形槽9内通过垫块和螺母固定连接，第一组装盒3和第二组装盒4两侧均一体设有滑块10，安装盒7两侧均对称开设有第一滑槽，两个第一组装盒3和两个第二组装盒4一侧滑块10分别插接置于四个安装盒7的两个第一滑槽内，进行快速连接；
38.两个第二组装盒4一侧均设有夹持组件，夹持组件一侧分别与一侧观察板5一侧相接触，两个第一组装盒3和两个第二组装盒4内均插接设有连通组件，限位组件包括限位块11，两个第一组装盒3一侧均开设有板槽，板槽内一侧开设有限位槽，限位块11通过防脱块插接置于限位槽内，限位块11下端通过轴杆活动连接设有限位板12，限位板12一侧插接置于限位槽内，限位板12插接置于限位槽内一侧对称开设有若干卡槽，限位槽内两侧对称嵌接设有若干卡接弹片13，若干卡接弹片13一侧分别插接置于卡槽内，限位板12和板槽内一侧均通过球杆插接设有若干滚珠14，且若干滚珠14一侧分别于观察板5插接置于板槽内一侧相接触，连通组件包括连通管15，连通管15水平插接置于第一组装盒3和第二组装盒4内一侧设置，第一组装盒3和第二组装盒4一侧均开设有第一放置槽，第一放置槽内均插接设有密封气囊16，密封气囊16一侧均通过若干第一进气管与连通管15一侧相连接，四个密封气囊16一侧分别于窗口2内一侧相接触，安装盒7内一侧开设有转接腔17，且四个连通管15两侧分别通过转接管18与四个转接腔17相连接，加强连接稳定和密封效果；
39.连通组件一侧均对称设有若干清理组件，夹持组件包括夹持气囊19，两个第二组装盒4一侧均开设有第二放置槽，两个夹持气囊19一侧分别通过若干第二进气管插接置于第二放置槽内与连通管15相连接，若干观察板5相接触一侧均为高精度直角边结构设置，且两个夹持气囊19一侧于观察板5一侧相接触，清理组件包括清理喷头20，若干清理喷头20倾斜设于第一组装盒3和第二组装盒4一侧，连通管15一侧对称设有若干排气阀21，若干排气阀21一侧分别通过排气管22与若干清理喷头20一侧相连接，进行采空区一侧的观察板5吹除灰尘和水汽；
40.清理组件分别位于观察板5一侧设置，一侧第一组装盒3一侧通过连接组件设有支撑组件，支撑组件一侧通过加强组件水平设有横板6，连接组件包括连接头23，支撑组件包括l形支撑板24，l形支撑板24一侧通过转轴水平连接设有连接螺筒25，连接螺筒25通过螺纹套接连接头23设置，加强组件包括两个挡板26，l形支撑板24一侧开设有第二滑槽，横板6下端一侧一体设有滑板，滑板一侧插接置于第二滑槽内，两个挡板26对称设于l形支撑板24下端两侧，两个挡板26和横板6一侧均贯穿开设有三个加强孔，且加强孔内插接水平插接设有加强杆27，安装盒7的转接腔17一侧均开设有进气接头28，窗口2一侧设有充气电机，充气电机通过送气管29与一侧安装盒7的进气接头28相连接，横板6上端通过若干定位孔竖直设有伸缩支撑架30，且伸缩支撑架30上端设有相机31，方便进行图像采集。
41.沿空留巷采空区冒落矸石堆积特性测定方法，包括以下步骤：
42.步骤一：随着采煤工作面的推进，在沿空留巷靠近采空区侧构筑挡墙1，在构筑隔离墙体时，间隔设置窗口2和环形槽9，窗口2的高度宜为割煤高度、宽度宜为综采支架移架步距，观察窗口2设置数量不少于三个，且在窗口2对应的观测位置设置十字标尺；
43.步骤二：通过安装螺杆8将四个安装盒7安装在窗口2内四个拐角，在通过滑块和第一滑槽依次将两个第一组装盒3和两个第二组装盒4分别对称插接设于窗口2内四侧，然后取出材料优选高强度、高韧性、高透明度的长条状pc防火板材的观察板5；
44.步骤三：运输过程中可通过胶套对条形观察板5的连接侧面进行保护，然后取下胶套，将若干观察板5两侧分别插入两个板槽内与一侧滚珠14相接触，且保持相邻两个观察板5之间紧密相接触；
45.步骤四：通过轴杆旋转限位板12至竖直状态，向限位槽内进行推动，使卡接弹片13插入限位板12的卡槽，限位板12的滚珠14同时与观察板5一侧接触，对观察板5的位置进行一定限位；
46.步骤五：通过送气管29将一侧安装盒7与防爆级别的现有技术中充气电机进行连接，启动充气电机后，气体通过连通管15、转接管18和转接腔17分别送入四个密封气囊16和两个夹持气囊19，对窗口2的连接进行密封，以及加强多个观察板5之间连接紧密性，当连通管15内气压过高时，顶开排气阀21放气，放出的气体通过排气管22进入清理喷头20，对观察板5位于采空区一侧的灰尘和水雾进行吹除；
47.步骤六：通过l形支撑板24的连接螺筒25与一侧第一组装盒3的连接头23进行连接,之后通过加强杆27将横板6与l形支撑板24进行连接后，通过定位孔进行连接现有技术中的三支腿伸缩支撑架30即可，然后在伸缩支撑架30上端进行连接相机31，相机31可为矿用防爆相机，像素不应低于两千万，获取采空区内冒落矸石的图片；
48.步骤七：对图片进行处理，依次通过图像增强、图像去噪、形态学处理、图像分割来提取冒落矸石堆积体的图像；
49.步骤八：通过十字标尺比例换算即可得出为矸石块体的真实尺寸，进而获得矸石堆积体的块度级配；
50.步骤九：矸石块体间的接触形式，点接触、线接触、面接触等可以用直接观测法进行获取。
51.工作原理：随着采煤工作面的推进，在沿空留巷靠近采空区侧构筑挡墙1，在构筑隔离墙体时，间隔设置窗口2和环形槽9，窗口2的高度宜为割煤高度、宽度宜为综采支架移架步距，观察窗口2设置数量不少于三个，且在窗口2对应的观测位置设置十字标尺，通过安装螺杆8将四个安装盒7安装在窗口2内四个拐角，在通过滑块和第一滑槽依次将两个第一组装盒3和两个第二组装盒4分别对称插接设于窗口2内四侧，然后取出材料优选高强度、高韧性、高透明度的长条状pc防火板材的观察板5，运输过程中可通过胶套对条形观察板5的连接侧面进行保护，然后取下胶套，将若干观察板5两侧分别插入两个板槽内与一侧滚珠14相接触，且保持相邻两个观察板5之间紧密相接触，通过轴杆旋转限位板12至竖直状态，向限位槽内进行推动，使卡接弹片插入限位板12的卡槽，限位板12的滚珠14同时与观察板5一侧接触，对观察板5的位置进行一定限位，通过送气管29将一侧安装盒7和防爆级别的现有技术中充气电机进行连接，启动充气电机后，气体通过连通管15、转接管18和转接腔17分别送入四个密封气囊16和两个夹持气囊19，对窗口2的连接进行密封，以及加强多个观察板5
之间连接紧密性，当连通管15内气压过高时，顶开排气阀21放气，放出的气体通过排气管22进入清理喷头20，对观察板5位于采空区一侧的灰尘和水雾进行吹除，通过l形支撑板24的连接螺筒25与一侧第一组装盒3的连接头23进行连接,之后通过加强杆27将横板6与l形支撑板24进行连接后，通过定位孔进行连接现有技术中的三支腿伸缩支撑架30即可，然后在伸缩支撑架30上端进行连接相机31，相机31可为矿用防爆相机，像素不应低于两千万，获取采空区内冒落矸石的图片，对图片进行处理，依次通过图像增强、图像去噪、形态学处理、图像分割来提取冒落矸石堆积体的图像，通过十字标尺比例换算即可得出为矸石块体的真实尺寸，进而获得矸石堆积体的块度级配，矸石块体间的接触形式，点接触、线接触、面接触等可以用直接观测法进行获取。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。