用于硐室顶板切顶的声速温控式电切监测装置制造方法及图纸

本申请提出一种用于硐室顶板切顶的声速温控式电切监测装置，包括声波发射系统、声波发射装置、声波接收输入系统、数据分析预警系统二次切顶控制系统、二次切顶辅助系统、多功能切顶一体装置。本申请装置通过改变空气温度来调节声波速度，从而发射声波精确测定切顶深度，对顶板切顶深度指标进行定量化评判，并能对顶板未完全切断部位进行二次连续切割。此外，本申请装置具有通用性好、成本低、性能可靠、操作方便等优点。操作方便等优点。操作方便等优点。

【技术实现步骤摘要】
用于硐室顶板切顶的声速温控式电切监测装置


[0001]本专利技术属于深部地下工程资源开采


技术介绍

[0002]资源是国民经济发展的重要基础，我国经济的健康发展离不开资源的安全供应。随着浅部资源的日益枯竭，深部地下资源的安全开采是国家资源安全的重要保障。深部地下资源开采不同于浅部，主要是其赋存环境具有高地应力、高渗透水压力、高地温和强开采扰动的特点，极易引发支护体失效、顶板下沉等灾害事故。
[0003]长期以来，深部资源开采主要是基于砌体梁理论和传递岩梁理论的长壁开采121工法，即每回采1个工作面需掘进2条顺槽巷道，并留设1个煤柱维护巷道稳定。这种工法的主要不足是在采空区侧形成较长且不充分垮落的悬顶，不利于巷道稳定维护和安全开采。
[0004]为从根源上解决以上问题，基于切顶短壁梁理论的110工法应运而生，其主要科学思想是将传统的“一面双巷”变成“一面单巷”采掘模式，即每个工作面回采只需掘进1条顺槽巷道，另1条巷道通过切顶卸压自动成巷形成。110工法关键技术是顶板定向预裂切缝，顶板是否切断至关重要，直接关系到顶板岩梁间应力传递路径以及顶板是否精准垮落于底板形成回采巷道侧帮。现有110工法在进行顶板定向预裂切缝时，主要采用先钻孔后安设聚能管的方式对顶板进行爆破切缝，顶板切断效果的评判主要是通过专业仪器窥视孔内的裂缝开裂质量、缝隙贯通是否连成直线，以及顶板下沉量等进行定性判断。但是，顶板切缝深度难以定量化量测、顶板切断率难以数字化控制依然是一大难题。

技术实现思路

[0005]为克服顶板切缝深度难以定量化量测、顶板切断率难以数字化控制的难题，本专利技术提供了用于硐室顶板切顶的声速温控式电切监测装置，能够有效量测切顶深度，确保顶板切缝裂隙成直线状贯通，保证切断顶板岩梁间应力传递路径。本装置施工方便，操作简单，成本低，性能可靠，能实时对顶板切顶质量进行预警。
[0006]技术方案：
[0007]一种用于硐室顶板切顶的声速温控式电切监测装置，包括声波发射系统、声波发射装置6、声波接收输入系统2、数据分析预警系统3、二次切顶控制系统4、二次切顶辅助系统5、多功能切顶一体装置7，其中：
[0008]所述声波发射系统，用于测定声波发射装置6内部空气温度，并将温度显示在高清显示屏17上，控制所述声波发射装置6发射声波和停止声波，同时将数据信号通过传输导线传至声波接收输入系统2；
[0009]所述声波接收输入系统2，用于接收由声波发射系统传输的声波发射数据，并将其传递到数据分析预警系统3；
[0010]所述数据分析预警系统3，用于对声波接收输入系统2输出的声波数据进行分析处理，计算工程实际切顶深度，将其与预设的标准切顶深度进行比较，根据比较结果发出预警
信号；所述预警信号用于决定是否需要对测试点进行二次切顶处理；
[0011]所述多功能切顶一体装置7，用于对岩体进行再切顶处理；通过二次切顶控制系统4对需要二次切顶的顶板破岩入土，通过二次切顶辅助系统5对顶板岩土浸润软化处理，释放高压电流进行电爆切顶。
[0012]进一步地，通过数据分析预警系统3进行分析，并通过声波发射系统改变空气温度来调节声波发射装置6的声波速度，从而达到发射声波精确测定切顶深度；
[0013]通过速度发生改变后的声速以及声波发出后至再次接收的时间即可计算测得切顶深度；
[0014]速度发生改变后的声速V，其计算公式如下：
[0015][0016]式中，T为声波发射装置腔室内的温度；
[0017]切顶深度H，其计算公式如下：
[0018]H＝Vt/2
[0019]式中，t为声波发出后至再次接收的时间；
[0020]对顶板未完全切断部位进行二次连续切割；当顶板出现未完全切断部位，数据分析预警系统3预警，然后基于探测得到的切顶深度，通过多功能切顶一体装置7与二次切顶控制系统4、二次切顶辅助系统5的共同作用，瞬间释放高压电流完成再次切割作业。
[0021]进一步地，所述声波发射系统包括温度测定元件101、声波发射系统电源102、温度调节按钮103、温度调节元件104、第一时间继电器105、声波发生器开关106，其中：
[0022]温度测定元件101，一端与声波发射装置6的热量吸收材料601连接，另一端与声波发射系统电源102和温度调节元件104相连，用于测定声波发射装置6内部空气温度，并将温度显示在高清显示屏17上，同时将数据信号通过传输导线传至声波接收输入系统2的声波信号转换器204；
[0023]温度调节按钮103，设置于声速温控式电切监测装置的侧壁，通过传输导线与温度调节元件104相连，其目的是调控温度调节元件104阻值大小；
[0024]温度调节元件104，通过传输导线与声波发射装置6的螺旋线圈607相连，其目的是通过改变内部电阻大小以控制电流大小，从而实现控制温度高低；
[0025]第一时间继电器105，通过传输导线分别与声波发生器开关106、声波接收输入系统2的声波信号转换器204相连；
[0026]声波发生器开关106，设置于声速温控式电切监测装置的侧壁，其作用是控制声波发射装置6的声波发生器611的发生与停止。
[0027]进一步地，所述声波接收输入系统2，包括声波输入筛选装置201、输入声波分析处理装置202、声波数据储存装置203、声波信号转换器204、声波接收器205，其中：
[0028]声波输入筛选装置201、输入声波分析处理装置202、声波信号转换器204、声波接收器205，均布设两个，对称分布在左右两侧；声波输入筛选装置201通过导线分别与声波信号转换器204、输入声波分析处理装置202相连；输入声波分析处理装置202通过导线与声波数据储存装置203连接；
[0029]声波信号转换器204，通过导线分别与声波输入筛选装置201、声波接收器205、声波发射系统的第一时间继电器105、声波发射系统的温度调节元件104连接；其作用是将接
收到的声波信号、温度信号和时间信号转换为电信号并传输至声波输入筛选装置201。
[0030]进一步地，所述数据分析预警系统3，包括切顶深度预设标准元件301、数据分析处理元件302、切顶深度数据比较元件303、预警信号输入元件304、预警信号分析输出元件305、预警指示灯306，其中：
[0031]切顶深度预设标准元件301通过导线一端与声波数据储存装置203连接，另一端与数据分析处理元件302、切顶深度数据比较元件303连接；实际施工时根据切顶控制指标，将切顶深度预设标准元件301内预设的标准切顶深度，记为h0；
[0032]数据分析处理元件302，作用是利用预先设计的计算公式(其中T为温度，t为时间)，对声波数据储存装置203内的数据进行分析处理，计算工程实际切顶深度，记为h1，并将该结果传输至切顶深度数据比较元件303进行比对；
[0033]判断标准为：切顶深度预设标准元件301的标准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于硐室顶板切顶的声速温控式电切监测装置，其特征在于，包括声波发射系统、声波发射装置(6)、声波接收输入系统(2)、数据分析预警系统(3)、二次切顶控制系统(4)、二次切顶辅助系统(5)、多功能切顶一体装置(7)，其中：所述声波发射系统，用于测定声波发射装置(6)内部空气温度，并将温度显示在高清显示屏上，控制所述声波发射装置(6)发射声波和停止声波，同时将数据信号通过传输导线传至声波接收输入系统(2)；所述声波接收输入系统(2)，用于接收由声波发射系统传输的声波发射数据，并将其传递到数据分析预警系统(3)；所述数据分析预警系统(3)，用于对声波接收输入系统(2)输出的声波数据进行分析处理，计算工程实际切顶深度，将其与预设的标准切顶深度进行比较，根据比较结果发出预警信号；所述预警信号用于决定是否需要对测试点进行二次切顶处理；所述多功能切顶一体装置(7)，用于对岩体进行再切顶处理；通过二次切顶控制系统(4)对需要二次切顶的顶板破岩入土，通过二次切顶辅助系统(5)对顶板岩土浸润软化处理，释放高压电流进行电爆切顶。2.如权利要求1所述的用于硐室顶板切顶的声速温控式电切监测装置，其特征在于，通过数据分析预警系统(3)进行分析，并通过声波发射系统改变空气温度来调节声波发射装置(6)的声波速度，从而达到发射声波精确测定切顶深度；通过速度发生改变后的声速以及声波发出后至再次接收的时间计算测得切顶深度；速度发生改变后的声速V，其计算公式如下：式中，T为声波发射装置腔室内的温度；切顶深度H，其计算公式如下：H＝Vt/2式中，t为声波发出后至再次接收的时间；对顶板未完全切断部位进行二次连续切割；当顶板出现未完全切断部位，数据分析预警系统(3)预警，然后基于探测得到的切顶深度，通过多功能切顶一体装置(7)与二次切顶控制系统(4)、二次切顶辅助系统(5)的共同作用，瞬间释放高压电流完成再次切割作业。3.如权利要求1所述的用于硐室顶板切顶的声速温控式电切监测装置，其特征在于，所述声波发射系统包括温度测定元件(101)、声波发射系统电源(102)、温度调节按钮(103)、温度调节元件(104)、第一时间继电器(105)、声波发生器开关(106)，其中：温度测定元件(101)，一端与声波发射装置(6)的热量吸收材料(601)连接，另一端与声波发射系统电源(102)和温度调节元件(104)相连，用于测定声波发射装置(6)内部空气温度，并将温度显示在高清显示屏(17)上，同时将数据信号通过传输导线传至声波接收输入系统(2)的声波信号转换器(204)；温度调节按钮(103)，设置于声速温控式电切监测装置的侧壁，通过传输导线与温度调节元件(104)相连，其目的是调控温度调节元件(104)阻值大小；温度调节元件(104)，通过传输导线与声波发射装置(6)的螺旋线圈(607)相连，其目的是通过改变内部电阻大小以控制电流大小，从而实现控制温度高低；
第一时间继电器(105)，通过传输导线分别与声波发生器开关(106)、声波接收输入系统(2)的声波信号转换器(204)相连；声波发生器开关(106)，设置于声速温控式电切监测装置的侧壁，其作用是控制声波发射装置(6)的声波发生器(611)的发生与停止。4.如权利要求1所述的用于硐室顶板切顶的声速温控式电切监测装置，其特征在于，所述声波接收输入系统(2)，包括声波输入筛选装置(201)、输入声波分析处理装置(202)、声波数据储存装置(203)、声波信号转换器(204)、声波接收器(205)，其中：声波输入筛选装置(201)、输入声波分析处理装置(202)、声波信号转换器(204)、声波接收器(205)，均布设两个，对称分布在左右两侧；声波输入筛选装置(201)通过导线分别与声波信号转换器(204)、输入声波分析处理装置(202)相连；输入声波分析处理装置(202)通过导线与声波数据储存装置(203)连接；声波信号转换器(204，通过导线分别与声波输入筛选装置(201)、声波接收器(205)、声波发射系统的第一时间继电器(105)、声波发射系统的温度调节元件(104)连接；其作用是将接收到的声波信号、温度信号和时间信号转换为电信号并传输至声波输入筛选装置(201)。5.如权利要求1所述的用于硐室顶板切顶的声速温控式电切监测装置，其特征在于，所述数据分析预警系统(3)，包括切顶深度预设标准元件(301)、数据分析处理元件(302)、切顶深度数据比较元件(303)、预警信号输入元件(304)、预警信号分析输出元件(305)、预警指示灯(306)，其中：切顶深度预设标准元件(301)通过导线一端与声波数据储存装置(203连接，另一端与数据分析处理元件(302)、切顶深度数据比较元件(303)连接；实际施工时根据切顶控制指标，将切顶深度预设标准元件(301)内预设的标准切顶深度，记为h0；数据分析处理元件(302)，作用是利用预先设计的计算公式其中T为温度，t为时间，对声波数据储存装置(203)内的数据进行分析处理，计算工程实际切顶深度，记为h1，并将该结果传输至切顶深度数据比较元件(303)进行比对；判断标准为：切顶深度预设标准元件(301)的标准切顶深度h0与数据分析处理元件(302)处理计算后的实际切顶深度h1进行对比，当结果显示输入切顶深度信号在切顶深度预设标准元件(301)范围内，即h1∈h0，认定为该输入信号符合安全标准；当结果显示输入切顶深度信号在切顶深度预设标准元件(301)范围之外，即则认定为该输入信号不符合安全标准；最后将结果信号传输至预警信号输入元件(304)；预警信号输入元件(304)，将切顶深度数据比较元件(303)最终输出的结果作为输入信号，并将其转化为电信号传输给预警信号分析输出元件(305)；预警信号分析输出元件(305)与电源装置(11)连接；其作用是对预警信号输入元件(304)的不同输入信号进行处理，符合安全范围的信号，即h1∈h0的信号将被输出为“绿色”，不符合安全范围的信号，即的信号将被输出为“红色”，并将此结果输出为相应电信号传至预警指示灯(306)。6.如权利要求1所述的用于硐室顶板切顶的声速温控式电切监测装置，其特征在于，所
述二次切顶控制系统(4)，包括高性能电池(401)、高压电容储存器(402)、伸缩线收纳装置(403)、伸缩线控制开关(404)、切顶高压电流开关(405)、第二时间继电器(406)，其中：高性能电池(401)，经导线与高压电容储存器(402)相连，作用是提供稳定的电源；高压电容储存器(402)，下端与两个伸缩线收纳装置(403)相连，目的是存储大容量电荷；伸缩线收纳装置(403)，共设两个，左右对称布置，目的是放置多功能切顶一体装置(7)的高压电流导线(711)，当多功能切顶一体装置(7)的多级伸缩杆(710)伸出和缩回时实现导线的自行伸出以及缠绕收回；伸缩线控制开关(404)，控制多功能切顶一体装置(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹宝平，夏克俭，胡如盛，胡波，冉龙，牟军东，陈其志，邓沿生，陈永国，孔勃文，吴李泉，曹春晖，马京缘，刘静娟，
申请(专利权)人：中铁隧道局集团有限公司市政工程公司杭州市地铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：