煤矿井下分级预警防护式锚杆装置及其防护方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110821541A(43)申请公布日2020.02.21(21)申请号201911322483.6(22)申请日2019.12.20(71)申请人河南理工大学地址454150河南省焦作市高新区世纪大道2001号(72)发明人王蔚卫彦昭彭磊王筱超侯锦绣闫江伟张学博贾天让高保彬李亦欣(74)专利代理机构郑州豫开专利代理事务所(普通合伙)41131代理人王金(51)Int.Cl.E21D21/00(2006.01)E21F17/18(2006.01)E21D21/02(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称煤矿井下分级预警防护式锚杆装置及其防护方法(57)摘要本发明公开了一种煤矿井下分级预警及防护式锚杆装置，包括锚杆，锚杆插入煤层顶板，锚杆伸出部由上至下依次套设有应力传感器、托盘和压紧螺母，压紧螺母与伸出部螺纹连接并向上将托盘和应力传感器紧压在煤层顶板上；托盘上设有蜂鸣器和报警灯；伸出部的底端螺纹连接有防护橡胶套，防护橡胶套沿周向均匀连接有若干减振弹簧，各减振弹簧均与煤层顶板相连接。本发明还公开了相应的防护方法，包括检测和一级预警步骤、一级人工处理和二级预警步骤、二级人工处理步骤和锚杆断裂防护步骤。本发明能够进行分级警报，在锚杆断裂时，将锚杆因断裂而向下崩飞的动能转化为减振弹簧的弹性势能，避免锚杆无约束崩飞给煤矿巷道内的人员和物品造成破坏。CN110821541ACN110821541A权利要求书1/2页1.煤矿井下分级预警及防护式锚杆装置，包括锚杆，锚杆插入煤层顶板，锚杆一端伸出煤层顶板并形成伸出部，其特征在于：所述伸出部上设有外螺纹，伸出部由上至下依次套设有应力传感器、托盘和压紧螺母，压紧螺母与伸出部螺纹连接并向上将托盘和应力传感器紧压在煤层顶板上；托盘上设有蜂鸣器和报警灯，应力传感器、蜂鸣器和报警灯均通过线路与电控装置相连接；伸出部的底端螺纹连接有防护橡胶套，防护橡胶套沿周向均匀连接有若干减振弹簧，各减振弹簧均向上与煤层顶板相连接。2.根据权利要求1所述的煤矿井下分级预警及防护式锚杆装置，其特征在于：所述各减振弹簧均通过贴附在煤层顶板上的锚网连接在煤层顶板上。3.使用权利要求1或2中所述煤矿井下分级预警及防护式锚杆装置进行的防护方法，其特征在于按以下步骤进行：将煤矿井下分级预警及防护式锚杆装置安装在煤层顶板处后，煤矿井下分级预警及防护式锚杆装置开始工作；锚杆的屈服强度为X兆帕；第一步骤是检测和一级预警步骤：工作中电控装置持续通过应力传感器检测锚杆所受到的应力；当锚杆在工作中所受应力增大至锚杆的屈服强度的80%时，电控装置打开报警灯，报警灯发出闪烁的红色灯光提醒工人对锚杆进行人工处理；第二步骤是一级人工处理和二级预警步骤：如果工人进行了人工处理，锚杆恢复正常状态，电控装置关闭报警灯，返回执行第一步骤；如果工人没有发现报警灯的警报，则电控装置控制报警灯持续发出闪烁红光的同时，继续持续通过应力传感器检测锚杆所受到的应力；如果锚杆所受到的应力回落至低于锚杆的屈服强度的80%，则电控装置关闭报警灯，重新返回执行第一步骤；当锚杆在工作中所受应力增大至锚杆的屈服强度的90%时，电控装置打开蜂鸣器，蜂鸣器发出蜂鸣音或警铃，同时保持报警灯持续发出闪烁红光，提醒工人对锚杆进行人工处理；第三步骤是二级人工处理步骤：如果工人进行了人工处理，锚杆恢复正常状态，电控装置关闭报警灯和蜂鸣器，返回执行第一步骤；如果工人既没有发现报警灯的警报，也没有发现蜂鸣器的警报，则电控装置控制报警灯持续发出闪烁红光的同时，继续持续通过应力传感器检测锚杆所受到的应力；如果锚杆所受到的应力回落至低于锚杆的屈服强度的90%，则电控装置关闭蜂鸣器，重新返回执行第二步骤；第四步骤是锚杆断裂防护步骤：如果锚杆所受到的应力达到或超过锚杆的屈服强度时，锚杆发生断裂，断裂时产生的能量将锚杆向下方崩飞；伸出部被向下崩飞时，被各减振弹簧拉住，从而将断裂时产生的能量转化为减振弹簧的弹性势能；极端条件下锚杆的伸出部携带各被拉伸的减振弹簧向下冲击在人员或物品上时，通过减振弹簧和防护橡胶套的双重作用，大幅削弱锚杆的伸出部的冲击力，从而有效保护煤矿巷道内的人员和物品。4.根据权利要求3所述的防护方法，其特征在于：将煤矿井下分级预警及防护式锚杆装置安装在煤层顶板处的方法是：第一是标记；设计人员根据锚杆的布置要求与巷道支护的设计要求，在煤层顶板处确定锚杆钻孔的的位置，并作出标记；第二是钻孔；锚杆孔间距误差不超过100mm，轴向偏差不超过5°；2CN110821541A权利要求书2/2页第三是锚杆安装；安装前应将锚杆孔内的煤岩粉吹洗干净，锚杆上端推至孔底处，锚杆下端的伸出部伸出煤层顶板的长度小于等于50m