一种矿山开采安全预警装置的制作方法

1.本发明涉及矿山开采技术领域，尤其涉及一种矿山开采安全预警装置。


背景技术：

2.在我国经济不断高速发展的情况下，城镇化的不断加快，社会不断进步，对于矿产资源的利用也在不断增多，在采矿中问题也在不断频发。
3.采矿作业的生产劳动过程，在生产环境中都存在某些特有的职业卫生问题。比如采矿中产生的含有各种成分的粉尘、炮烟、毒气；直接作用于人体的噪声、振动、肮脏环境、繁重的体力劳动；作业环境中种种不安全因素；不良的微小气候和污染的空气，需强大的通风设备维持生产。由于采矿种类的不同，职业卫生问题也有不同的特点。比如煤矿除粉尘外，高温、甲烷和煤尘爆炸的危险是比较特殊的；而在金属和非金属矿开采的矿石中存在有毒物质(铅、汞、砷、锰、铍、铀、石棉)，而且某些矿物(金、钨、萤石等)和石英共生，致使粉尘中游离二氧化硅含量很高，对肺的危害特别严重。
4.矿山作业场所中有毒有害气体主要有：瓦斯(主要成分是甲烷气体)、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氨等。
5.相关技术中，常需要预先设置炮孔，以形成工作面，但是，在利用麻花状的螺旋钻孔进行炮孔设置时，难以确保每一个炮孔均不会钻至储存有瓦斯的部位，当炮孔的端面与储存有瓦斯的部位连通后，瓦斯会从炮孔中突出，威胁作业人员的人身安全，造成安全隐患。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于：提供一种矿山开采安全预警装置，旨在解决现有技术中在钻设炮孔时，难以确保每一个炮孔均不会钻至储存有瓦斯的部位，当炮孔的端面与储存有瓦斯的部位连通后，瓦斯会从炮孔中突出，威胁作业人员的人身安全，造成安全隐患的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.本发明提供了一种矿山开采安全预警装置，包括开采面上的第一成孔段和第二成孔段，第二成孔段位于第一成孔段底部，第一成孔段的直径大于第二成孔段的直径；以及，外筒，所述外筒插设于所述第一成孔段；
9.内筒，所述内筒套设于所述钻杆的外围，所述外筒套设于所述内筒的外围，所述内筒的长度小于所述外筒的长度，所述外筒插入所述第一成孔段的一端与所述内筒靠近所述第一成孔段的一端间隔形成填充腔；
10.填充组件，所述填充组件的输出端设置于所述外筒，所述填充组件的输出端与所述填充腔连通；
11.矿用瓦斯监测模块，所述矿用瓦斯监测模块与所述填充组件电连接，所述矿用瓦斯监测模块设置于所述外筒的内侧壁，所述矿用瓦斯监测模块用于监测瓦斯气体并控制所
述填充组件向所述填充腔内填充可塑浆体，以使所述可塑浆体充满于所述填充腔。
12.可选地，上述一种矿山开采安全预警装置中，所述外筒的内壁与所述内筒的外壁间隔形成容纳空间，所述容纳空间与所述填充空间连通设置，所述可塑浆体为半水石膏溶液；
13.所述填充组件包括加热件，所述加热件收容于所述容纳空间，所述加热件与所述外筒或者所述内筒连接，所述加热件与所述矿用瓦斯监测模块电连接，所述加热件用于加热所述容纳空间和所述填充腔。
14.可选地，上述一种矿山开采安全预警装置中，所述加热件包括至少两个，至少两个所述加热件沿所述内筒的外周间隔设置，且所述加热件呈条形结构。
15.可选地，上述一种矿山开采安全预警装置中，所述加热件呈环形结构，所述加热件覆盖于所述容纳空间与所述填充空间的连通处。
16.可选地，上述一种矿山开采安全预警装置中，所述填充组件包括：
17.注浆嘴，所述注浆嘴插设于所述外筒的侧壁，所述注浆嘴的输出端与所述填充腔连通；
18.浆液泵，所述浆液泵的输出端与所述注浆嘴的输入端连通，所述浆液泵与所述矿用瓦斯监测模块电连接；
19.其中，所述矿用瓦斯监测模块用于在监测到进入第一成孔段的瓦斯气体后，启动所述浆液泵，所述浆液泵将所述可塑浆体通入所述填充腔，以使所述可塑浆体充满于所述填充腔。
20.可选地，上述一种矿山开采安全预警装置中，在第一成孔段的孔侧壁还形成有多个沿第一成孔段的周向间隔布置的浅孔，所述浅孔设置于所述外筒插入所述第一成孔段的一端与所述第一成孔段的孔底壁之间，以使所述浅孔与所述填充腔连通；
21.所述矿用瓦斯监测模块用于在监测到进入第一成孔段的瓦斯气体后，启动所述浆液泵，所述浆液泵将所述可塑浆体通入所述填充腔，所述可塑浆体充满于所述填充腔后，继续向所述填充腔内通入所述可塑浆体，以使所述可塑浆体从所述填充腔溢出于所述浅孔内。
22.可选地，上述一种矿山开采安全预警装置中，所述外筒的侧壁形成有螺纹通孔，所述注浆嘴的外围设置有与所述螺纹通孔相适配的螺纹，所述注浆嘴与所述螺纹通孔螺纹连接。
23.可选地，上述一种矿山开采安全预警装置中，所述注浆嘴包括至少两个，至少两个所述注浆嘴沿所述外筒的周向间隔设置。
24.可选地，上述一种矿山开采安全预警装置中，所述矿用瓦斯监测模块包括至少两个瓦斯监测端，至少两个所述瓦斯监测端沿所述外筒的周向间隔设置于所述外筒的内壁。
25.可选地，上述一种矿山开采安全预警装置中，所述瓦斯监测端与所述注浆嘴的数量一致且一一对应设置，所述瓦斯监测端与所述注浆嘴交错设置。
26.本发明提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：
27.本发明提出的一种矿山开采安全预警装置，在钻设炮孔时，钻至储存有瓦斯的部位，当炮孔的端面与储存有瓦斯的部位连通后，瓦斯会从炮孔中突出，位于第二成孔段内的
矿用瓦斯监测模块在监测到瓦斯气体时，启动填充组件将可塑浆体注入与第二成孔段连通的填充腔后，可塑浆体填充至第二成孔段的孔口处并向第二成孔段的孔身处继续延伸，可塑浆体凝固后将炮孔进行封堵，防止瓦斯气体继续从炮孔处突出，降低了采矿过程中的安全隐患，保障作业人员的人身安全。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明一种矿山开采安全预警装置的使用状态示意图；
30.图2为本发明涉及的第一成孔段和第二成孔段的结构示意图；
31.图3为本发明一种矿山开采安全预警装置的整体结构示意图；
32.图4为本发明涉及的外筒和内筒的内部结构示意图；
33.图5为本发明涉及的开采面、第一成孔段、第二成孔段和浅孔110的正视结构示意图。
34.标号名称标号名称100第一成孔段200第二成孔段300钻杆400外筒500内筒600加热件700填充组件800矿用瓦斯监测模块410填充腔420容纳空间710注浆嘴110浅孔110900开采面
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35.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动的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.需要说明，
38.在本发明实施例中，所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变，则该方向性指示也相应地随之改变。
39.在本发明中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括......”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方
法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系。
41.在本发明中，若有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
42.在本发明中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“组件”、“件”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
43.对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是，是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
44.下面结合一些具体实施方式进一步阐述本发明的发明构思。
45.本发明提出一种矿山开采安全预警装置。
46.参照图1、图2、图3、图4和图5，图1为本发明一种矿山开采安全预警装置的使用状态示意图；图2为本发明涉及的第一成孔段和第二成孔段的结构示意图；图3为本发明一种矿山开采安全预警装置的整体结构示意图；图4为本发明涉及的外筒和内筒的内部结构示意图；图5为本发明涉及的开采面、第一成孔段、第二成孔段和浅孔110的正视结构示意图。
47.在本发明一实施例中，如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种矿山开采安全预警装置，用于钻机的钻杆300，在矿石的开采面900形成第一成孔段100，并在第一成孔段100的孔底，利用钻机继续在矿石的开采面900形成第二成孔段200，其中，第一成孔段100的直径大于第二成孔段200的直径；矿山开采安全预警装置包括：外筒400、内筒500、填充组件700和矿用瓦斯监测模块800，外筒400插设于第一成孔段100；内筒500套设于钻杆300的外围，外筒400套设于内筒500的外围，内筒500的长度小于外筒400的长度，外筒400插入第一成孔段100的一端与内筒500靠近第一成孔段100的一端间隔形成填充腔410；填充组件700的输出端设置于外筒400，填充组件700的输出端与填充腔410连通；矿用瓦斯监测模块800与填充组件700电连接，矿用瓦斯监测模块g00设置于外筒400的内侧壁，矿用瓦斯监测模块800用于监测瓦斯气体并控制填充组件700向填充腔410内填充可塑浆体，以使可塑浆体充满于填充腔410。
48.可以理解的是，在煤矿的开采作业过程中，包括如下作业步骤：
49.掘进作业，在岩层或煤层中，掘凿巷道的过程称为掘进；
50.采煤作业，采煤是在煤层中的采煤作业面，由采煤工担任的作业过程，工序分为落煤、装煤、运煤、支护和顶板管理，由于机械化程度不同，采煤的劳动条件差别很大；
51.运输作业，采掘的煤炭和岩石等由运输巷道运到车场，再由提升机、绞车或皮带运输机运送到地面；
52.支护充填作业，挖掘出来的巷道，需用木材、金属、混凝土材料加以支护，以防止巷道变形、崩塌。也可将水泥浆用高压泵喷涂顶帮，以加固巷壁，形成永久巷道，作为运矿、人行、通风之用；
53.辅助作业，包括通风、机电、排水、木工等工种的作业。
54.由于煤矿中存在有毒气体，比如瓦斯，瓦斯的主要成分是甲烷，它存在于煤层中，在煤块崩落时，排放出来。低瓦斯矿井相对瓦斯突出量不到10m3/min，或绝对瓦斯突出量低于40m3/min；而在高瓦斯矿井相对瓦斯突出量在10m3/min以上，或绝对瓦斯突出量大于40m3/min。
55.在采矿生产过程中，从矿(岩)内释放出大量的有毒有害气体，矿物质氧化以及放炮、人员呼吸、作业地点所产生粉尘等，使井下空气成份发生了很大的变化，一方面氧含量减少，另一方面有毒有害气体及粉尘的浓度增加，不但损害了作业人员的健康，而且有时还可能造成人员中毒和气体、粉尘爆炸。
56.在高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井生产过程中，由爆破诱发的煤与瓦斯突出事故中占有较大的比重。
57.因此，本方案提出一种矿山开采安全预警装置。
58.具体而言，利用钻机的钻杆300形成炮孔，再利用炮孔爆破形成作业面时，对于深度在10～15m范围内的钻孔，建议选用气动手持式轻型防突钻机，这种钻机轻便灵活，可以钻凿出直径为75mm的钻孔。当深度超过15m后，使用轻型防突钻机费时费力，应该选择带有钻架和推进机构的钻机。当深度超过50m后，应该选择全液压钻机。这些钻机功率和扭矩大，可以钻凿大直径钻孔，有利于深孔装药、瓦斯抽放和钻孔卸压。深孔爆破技术在解决煤与瓦斯突出以及放顶煤开采上部煤层松动等问题中发挥着重要作用，在深孔控制、卸压爆破、预防煤与瓦斯突出工程中，通常是在巷道断面上布置3～5个直径为42mm，深为8～12m的炮孔，实施爆破后，各个炮眼周围的煤体破解，产生裂隙，适应力集中带向工作面前方和两侧推移，达到卸压和排放瓦斯的目的。
59.在利用钻杆300钻孔之前，首先在待设置炮孔的预设孔位进行钻孔，形成第一成孔段100，第一成孔段100的直径大于预设孔位的直径，在形成第一成孔段100后，将第一成孔段100的孔底壁作为下一次钻孔的起始端，在第一成孔段100的孔底壁利用钻杆300钻设第二成孔段200，第二成孔段200作为炮孔使用。
60.形成第二成孔段200的步骤为：
61.在第一成孔段100插入外筒400，外筒400与第一成孔段100的孔侧壁抵接，再向内筒500塞入钻机的钻杆300，以使钻杆300在第一成孔段100的孔底壁继续形成第二成孔段200。
62.此过程中，若在钻孔的过程中突出有瓦斯气体，瓦斯气体被矿用瓦斯监测模块800的监测端获取，瓦斯气体被矿用瓦斯监测模块800控制填充组件700的驱动部启动，即控制浆体泵启动，浆体泵将可塑浆体通入外筒400与内筒500之间的填充腔410，以使填充腔410被可塑浆体完全填充，可塑浆体在凝固后，将第二成孔段200封堵，从而防止瓦斯气体继续从第二成孔段200中溢出，及时降低因瓦斯突出而造成的安全隐患，在封堵第二成孔段200后，利用相应的设备将瓦斯气体抽出，即可重新对以封堵的第二成孔段200进行钻孔。
63.其中，由于填充腔410由外筒400的侧壁围合形成，在可塑浆体灌入第二成孔段200
的过程中，可塑浆体并未在填充满第二成孔段200的孔身时，就已经开始凝固，随着可塑浆体的持续通入，可塑浆体会被已经凝固的可塑浆体阻碍流动路径，进而在填充腔410内不断堆积，可塑浆体凝固后，终而将第二成孔段200的孔口处进行封堵。
64.可以理解的是，在瓦斯气体被矿用瓦斯监测模块800的监测端获取时，矿用瓦斯监测模块800向钻机发出停机信号，以使钻机停止工作，在填充组件700向填充腔410内填充可塑浆体的过程中，操作人员可将钻杆300从第二成孔段200中抽出，以减少后续清理钻杆300的步骤。
65.在本实施例以及其他实施例中，矿用瓦斯监测模块800的模块型号为mk20，mk20矿用瓦斯监测模块800采用优质半导体传感器，对可燃气体气体有较高的灵敏度，反应时间短、使用寿命长。具有良好的重复性和长期的稳定性、抗干扰，对天然气、瓦斯气体有较高的灵敏度；具有良好的重复性和长期的稳定性；良好的性能价格比，可用于瓦斯检测仪、瓦斯气体检测报警器等气体检测仪器及在矿用智能矿灯中使用等；特别适用与瓦斯矿灯连用，可输出声光报警信号，功耗低，保障工作人员工作安全。
66.另外，值的注意的是，本实施例以及其他实施例中，可塑浆体为半水石膏溶液，半水石膏溶液由半水石膏与水混合而成，填充入填充腔410内的半水石膏溶液为饱和的半水石膏溶液。
67.本发明技术方案在矿山开采的过程中设置炮孔时，难以确保每一个炮孔均不会钻至储存有瓦斯的部位，当炮孔的端面与储存有瓦斯的部位连通后，瓦斯会从炮孔中突出，位于第二成孔段200内的矿用瓦斯监测模块800在监测到瓦斯气体时，启动填充组件700将可塑浆体注入与第二成孔段200连通的填充腔410后，可塑浆体填充至第二成孔段200的孔口处并向第二成孔段200的孔身处继续延伸，可塑浆体凝固后将炮孔进行封堵，防止瓦斯气体继续从炮孔处突出，保障作业人员的人身安全，降低了采矿过程中的安全隐患。
68.继续参照图4，如图4所示，在一实施例中，外筒400的内壁与内筒500的外壁间隔形成容纳空间420，容纳空间420与填充空间连通设置，可塑浆体为半水石膏溶液；填充组件700包括加热件600，加热件600收容于容纳空间420，加热件600与外筒400或者内筒500连接，加热件600与矿用瓦斯监测模块800电连接，加热件600用于加热容纳空间420和填充腔410。
69.由于加热可以加速饱和的半水石膏溶液的凝固，在内筒500与外筒400之间的容纳空间420设置加热件600后，加热件600启动时，可对容纳空间420中的空气进行加热，进而将与之连通的填充腔410和第二成孔段200中的空气进行加热，在饱和的半水石膏溶液进入填充腔410并溢出至第二成孔段200后，加热件600加速饱和的半水石膏溶液的凝固，以使第二成孔段200的孔口处被快速封堵，更快速的降低安全隐患。
70.作为本实施例的一种选择，为了更快的对容纳空间420、填充腔410和第二成孔段200中的空气进行加热，加热件600包括至少两个，至少两个加热件600沿内筒500的外周间隔设置，且加热件600呈条形结构，并且，各加热件600的启停控制端分别与矿用瓦斯监测模块800的控制信号发送端电连接，以防止某一加热件600损坏后，丧失对容纳空间420、填充腔410和第二成孔段200中的空气进行加热的功能。
71.作为本实施例的另一种选择，为了更快速的对容纳空间420、填充腔410和第二成孔段200中的空气进行加热，加热件600呈环形结构，加热件600覆盖于容纳空间420与填充
空间的连通处，以增大了加热件600与容纳空间420、填充腔410和第二成孔段200中的空气之间的接触面积，从而提升加热效率。
72.在一实施例中，填充组件700包括：注浆嘴710，注浆嘴710插设于外筒400的侧壁，注浆嘴710的输出端与填充腔410连通；浆液泵，浆液泵的输出端与注浆嘴710的输入端连通，浆液泵与矿用瓦斯监测模块800电连接；其中矿用瓦斯监测模块800用于在监测到进入第一成孔段100的瓦斯气体后，启动浆液泵，浆液泵将可塑浆体通入填充腔410，以使可塑浆体充满于填充腔410。
73.具体而言，在浆液泵接收到来自矿用瓦斯监测模块800的启动电信号后，浆液泵启动，并通过与填充腔410连通的注浆嘴710将饱和的半水石膏溶液通入填充腔410和第二成孔段200的孔身，饱和的半水石膏溶液凝固后封堵第二成孔段200的孔口处。
74.在一实施例中，在第一成孔段100的孔侧壁还形成有多个沿第一成孔段100的周向间隔布置的浅孔110浅孔110设置于外筒400插入第一成孔段100的一端与第一成孔段100的孔底壁之间，以使浅孔110与填充腔410连通；矿用瓦斯监测模块800用于在监测到进入第一成孔段100的瓦斯气体后，启动浆液泵，浆液泵将可塑浆体通入填充腔410，可塑浆体充满于填充腔410后，继续向填充腔410内通入可塑浆体，以使可塑浆体从填充腔410溢出于浅孔110内。
75.具体而言，为了防止因瓦斯气体突出时的气压过大，而将凝固后的饱和的半水石膏溶液从第二成孔段200的孔口处挤出，在第一成孔段100上还设置有多个浅孔110，在饱和的半水石膏溶液通入填充腔410后，饱和的半水石膏溶液继续扩散至第二成孔段200的孔身以及浅孔110，以提高凝固后的饱和的半水石膏溶液与第一成孔段100上的浅孔110连接，确保第二成孔段200的孔口处被封堵后，不会因瓦斯气体的气压而将凝固后的饱和的半水石膏溶液从第二成孔段200的孔口处挤出。
76.在一实施例中，为了使得注浆嘴710能反复的被使用，并适应不同直径尺寸的外筒400，外筒400的侧壁形成有螺纹通孔，注浆嘴710的外围设置有与螺纹通孔相适配的螺纹，注浆嘴710与螺纹通孔螺纹连接。
77.在一实施例中，为了确保饱和的半水石膏溶液能够快速的通入填充腔410，并在填充腔410的周向均匀的通入填充腔410即从多个方向通入填充腔410，注浆嘴710包括至少两个，至少两个注浆嘴710沿外筒400的周向间隔设置。
78.在一实施例中，为了提高矿用瓦斯监测模块800的灵敏度，矿用瓦斯监测模块800包括至少两个瓦斯监测端，至少两个瓦斯监测端沿外筒400的周向间隔设置于外筒400的内壁，增加了矿用瓦斯监测模块800的监测范围。
79.在一实施例中，为了在瓦斯监测模块监测到瓦斯气体时，确保饱和的半水石膏溶液能够快速的通入填充腔410，并在填充腔410的周向均匀的通入填充腔410即从多个方向通入填充腔410，且确保不会因某一注浆嘴710被堵塞或某一瓦斯监测端失效而导致整个装置失效，瓦斯监测端与注浆嘴710的数量一致且一一对应设置，瓦斯监测端与注浆嘴710交错设置。需要说明，上述本发明实施例序号仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上实施例仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。