同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置及预警系统

摘要

本申请提供同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，包括保护筒，以及设于所述保护筒内的储料罐、可延伸橡胶管、探测机构、测距机构、数据采集模块以及控制机构，本申请还提供一种预警系统，包括矿车本体以及设于其上的同位素流体示踪地下岩体空隙超前地质预报警装置、定位及行程记录装置、位置感应监测距离装置、测重装置、灯光预警装置、语音预警装置、动力装置，和远程控制及中心数据处理装置，与现有技术相比，本申请实现矿车现场装、运及卸煤或煤矸石无人化，及时消除隐患，为矿车失事事故提供基础数据，快速找到事故原因提供帮助。保护矿山人员正常的生产生活需要，从而减低矿山建设的运营成本，便于无人化智能化矿山的建设与管理。

说明书

【技术领域】

本申请涉及地下采矿技术领域，尤其涉及同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置及预警系统。

【背景技术】

近些年以来，矿车跑车及失控等突发情况时有发生，这对矿山工作人员生命造成威胁，同时也对矿山的工作带来不便，因此对矿车实现无人化智能化管理尤为重要。矿车无人化智能化管理是在计算机技术、通信技术、控制技术以及电子技术基础上的综合自动化技术手段。矿车无人化智能化管理具有无人化和智能化的特点，现场装、运及卸煤或煤矸石无人化，再到智能化数据中心分析处理数据，通过控制系统安全参数，发出声、光报警信号。对保障矿井安全，提高矿井的管理水平等方面具有非常重要的作用。

但是，对于实际工程而言，特别对于矿山工程，当遇到矿车失事时，不能及时预警，往往会给矿山生产、人员的伤亡造成巨大的危害。

【发明内容】

本申请的目的在于提供同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置及预警系统，能够对矿山岩体进行探测并能根据情况及时进行预警。

本申请是通过以下技术方案实现的：

同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，包括保护筒；储料罐，设于所述保护筒内，其内存放有同位素示踪材料流体；

可延伸橡胶管，设于所述保护筒内，其一端与所述储料罐相连通，另一端凸出于该保护筒下端；

探测机构，设于所述保护筒底部内侧，用于探测同位素示踪材料流体在岩体中的扩散情况；

测距机构，设于所述保护筒底部内侧，用于探测所述保护筒与同位素示踪材料流体之间的距离；

数据采集模块，设于所述保护筒内并分别与所述探测机构和所述测距机构电连接，用于获取所述探测机构和所述测距机构探测到的信息；

控制机构，设于所述保护筒内并分别与所述探测机构、测距机构以及数据采集模块电连接。

如上所述的同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，还包括有用于发送指令至所述控制机构和接收所述控制机构采集信息的中央控制模块。

如上所述的同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，所述中央控制模块包括用于发送指令至所述控制机构和接收所述控制机构采集信息的处理模块、以及用于显示该采集信息的显示模块。

如上所述的同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，所述保护筒底端还设有用于防止同位素示踪材料流体往该保护筒内方向扩散的气密挡板。

如上所述的同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，所述气密挡板为可折叠气密挡板，且与所述控制机构电连接。

如上所述的同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，所述可延伸橡胶管靠近所述储料罐的一端设有控制开关，所述控制开关与所述控制机构电连接。

如上所述的同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，还包括有导向杆，设于所述保护筒上，用于带动该保护筒进行上下移动。

如上所述的同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，所述储料罐为气罐，所述储料罐输出端上设有用于检测该储料罐内气压的压力检查组件。

本申请还公开了一种预警系统，包括矿车本体、以及用于远程控制所述矿车本体进行采矿作业的远程控制及中心数据处理装置，所述矿车本体上设有如上所述的同位素流体示踪地下岩体空隙超前地质预报警装置，所述矿车本体上还设有：

定位及行程记录装置，用于实时定位的记录所述矿车本体的位置；

位置感应监测距离装置，用于实时探测所述矿车本体与外界环境之间的距离；

测重装置，用于测量所述矿车本体上装载的煤或煤矸石的重量；

灯光预警装置，其分别与所述定位及行程记录装置、所述位置感应监测距离装置以及测重装置电连接并根据三者实时情况进行灯光预警；

语音预警装置，其与所述灯光预警装置电连接并与该灯光预警装置配合播报预警；

动力装置，用于驱动所述矿车本体进行移动。

如上所述的一种预警系统，还包括有设于所述矿车本体上并与所述定位及行程记录装置配合使用的5G通信装置。

与现有技术相比，本申请有如下优点：通过远程操作同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置及预警系统,实现矿车现场装、运及卸煤或煤矸石无人化，进行自检功能、5G通信功能、抗干扰功能和网络干扰等功能。矿车无人化智能化技术措施的落实，及时消除隐患，为矿车失事事故提供基础数据，快速找到事故原因提供帮助。保护矿山人员正常的生产生活需要，从而减低矿山建设的运营成本，便于无人化智能化矿山的建设与管理。

【附图说明】

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置的结构示意图。

图2为本申请实施例一种预警系统的结构框图。

【具体实施方式】

为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，本申请实施例提出同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，包括保护筒1；

储料罐2，设于所述保护筒1内，其内存放有同位素示踪材料流体，具体地，所述储料罐2为气罐，可以进行加压输出同位素示踪材料流体，所述储料罐2输出端上设有用于检测该储料罐2内气压的压力检查组件21，所述压力检查组件21为压力指针；

可延伸橡胶管10，设于所述保护筒1内，其一端与所述储料罐2相连通，另一端凸出于该保护筒1下端，具体地，所述可延伸橡胶管10靠近所述储料罐2的一端设有控制开关12，所述控制开关12与所述控制机构6电连接；

探测机构3，设于所述保护筒1底部内侧，用于探测同位素示踪材料流体在岩体中的扩散情况，具体地，所述探测机构3为设于所述保护筒1底部内侧的同位素探头；

测距机构4，设于所述保护筒1底部内侧，用于探测所述保护筒1与同位素示踪材料流体之间的距离，具体地，所述测距机构4为设于所述保护筒1底部内侧的测距传感器，同时，利用所述测距传感器检测与岩体表面的距离，防止所述同位素探头被碰撞导致其敏感性变差；

数据采集模块5，设于所述保护筒1内并分别与所述探测机构3和所述测距机构4电连接，用于获取所述探测机构3和所述测距机构4探测到的信息；

控制机构6，设于所述保护筒1内并分别与所述探测机构3、测距机构4以及数据采集模块5电连接。

进一步地，同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置还包括有用于发送指令至所述控制机构6和接收所述数据采集模块5采集信息的中央控制模块7。具体地，所述中央控制模块7包括用于接收所述数据采集模块5采集信息并进行处理的处理模块71、用于显示该采集信息的显示模块72、以及用于接收所述处理模块71处理后信息的主机73。通过所述中央控制模块7运程控制所述控制机构6，采用同位素流体分段加压示踪地下岩体孔隙裂隙、断层和地下水等地质情况，通过前后两次加压，所述探测机构3对岩体中同位素流体扩散的情况进行了解，从而明确地下岩体的发育基本状况；

进一步地，所述保护筒1底端还设有用于防止同位素示踪材料流体往该保护筒1内方向扩散的气密挡板11，具体地，所述气密挡板11为可折叠气密挡板，且与所述控制机构6电连接。

进一步地，同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置还包括有导向杆5，设于所述保护筒1上，用于带动该保护筒1进行上下移动。通过保护筒1和导向杆8的相互配合，导向杆进行上下移动，从而带动该保护筒1进行上下移动。

为更好地理解本实施例的技术方案，同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置工作原理阐述如下：

通过所述中央控制模块7发出控制指令，所述控制机构6接收指令打开所述控制开关12，所述储料罐2内的同位素示踪材料流体通过所述可延伸橡胶管10进入岩体孔隙内，当所述压力指针的气压值达到5mpa时，所述控制机构6控制所述可折叠气密挡板打开，在所述可延伸橡胶管10的下端形成密闭空间，防止同位素示踪材料流体往该保护筒1内方向扩散，保证同位素示踪材料流体利用液体扩散性往岩体孔隙裂隙流动，所述数据采集模块5通过所述同位素探头和所述测距传感器追踪和测量同位素示踪材料流体的路径与距离，所述显示模块72将该数据进行显示，并通过所述处理模块71对数据进行处理后汇总至所述主机73，然后根据所述主机73了解同位素示踪材料流体的扩散情况，从而明确地下岩体的发育基本状况，通过再次加压，了解深部岩体的节理发育情况。

同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，在矿山失事时，所述处理模块71对所述显示模块72中的数据进行处理，并将探测到的地质情况传送到所述主机73上显示。有助于人们快速、精准的了解裂隙的位置以及情况信息，进而选择合适的支护工艺对裂隙进行超前支护处理了，从而确保地下岩土工程施工工作的顺利进行，尽最大可能降低工作人员伤亡。

如图2所示，本申请实施例还提出一种预警系统，包括矿车本体100、以及用于远程控制所述矿车本体100进行采矿作业的远程控制及中心数据处理装置108，所述矿车本体100上设有如上所述的同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置，所述矿车本体100上还设有：

定位及行程记录装置101，用于实时定位的记录所述矿车本体100的位置，具体地，所述矿车本体100上还设有与该定位及行程记录装置101配合使用的5G通信装置107；

位置感应监测距离装置102，用于实时探测所述矿车本体100与外界环境之间的距离；

测重装置103，用于测量所述矿车本体100上装载的煤或煤矸石的重量；

灯光预警装置104，其分别与所述定位及行程记录装置101、所述位置感应监测距离装置102以及测重装置103电连接并根据三者实时情况进行灯光预警，具体地，所述矿车本体100处于安全情况时，所述灯光预警装置104发出黄光，当有预警发生时，所述灯光预警装置104由黄光变成红光；

语音预警装置105，其与所述灯光预警装置104电连接并与该灯光预警装置104配合播报预警；

动力装置106，用于驱动所述矿车本体100进行移动。

为更好地理解本实施例的技术方案，矿车的工作原理阐述如下：

所述所述矿车本体100作业前，先检查所述动力装置106的电源情况，若能源低于20％，会及时提醒充电；当所述动力装置106完成充电后，所述语音预警装置105会及时提醒充满电，然后所述动力装置106自动断开电源。

开始进入矿井，所述定位及行程记录装置101和所述5G通信装置107开始启动，实时记录所述矿车本体100的行程和位置。

到达井底车场时，同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置启动，明确地下岩体的发育基本状况，了解深部岩体的节理发育情况，然后根据岩体的基本情况制定所述矿车本体100的行驶路线。所述远程控制及中心数据处理装置108与所述位置感应监测距离装置102开始启动，远程操作控制所述矿车本体100在规定的路线上行驶；并与其他矿车保存适当的距离，到达指定的工作面进行装煤或煤矸石。

在巷道内装煤或煤矸石时，所述测重装置103及所在的隔板开始启动；隔板下放到工作面顶板，以便矿山工作人员装运煤或煤矸石。当重量达到设置的安全数值时，所述灯光预警装置104由黄光变成红光，同时所述语音预警装置105对相应的情况进行预警。装煤结束后，隔板恢复原来的位置。

在巷道内运输煤或矸石时，当所述矿车本体100之间的距离达到设置的安全数值时，所述灯光预警装置104由黄光变成红光，同时所述语音预警装置105对相应的情况进行预警，然后通过所述远程控制及中心数据处理装置108对所述矿车本体100进行距离的调节，直到所述矿车本体100达到安全距离。

当所述矿车本体100经过井底煤仓时，所述远程控制及中心数据处理装置108会使所述矿车本体100上的所述测重装置103所在的隔板打开，进行卸煤操作。

当所述矿车本体100到达煤矸石储存仓，所述远程控制及中心数据处理装置108会使所述测重装置103所在的隔板慢慢打开，进行卸煤矸石操作。此时所述灯光预警装置104由黄光变成红光，同时所述语音预警装置105对相应的情况进行预警，以免伤到矿山工作人员。

通过远程控制同位素流体示踪地下岩体地质超前预警装置及预警系统，可以初步实现无人化井下作业；通过远程控制同位素流体示踪地下岩体孔隙裂隙超前地质预警装置，对井下矿车的路线进行最优化设计；通过远程控制所述测重装置103上的隔板，有利于装卸煤和煤矸石；对井下矿车的突发情况，智能化预警发出声、光报警信号，确保人员不要进入危险区域，尽最大可能降低人员伤亡；通过所述定位及行程记录装置101对矿车实时定位及行程记录，防止矿车的丢弃，能够有效地避免矿车跑车及失控等突发情况的发生；通过所述位置感应监测距离装置102以及所述测重装置103，对矿车的载重、矿车间距的监测，防止对车辆超重和有效避免车辆之间的碰撞；通过所述5G通信装置107定期将矿车工作时间、矿车载重、异常情况、行驶轨迹等数据上传网络中心，并与工程进度以及采出率或采掘比进行综合比对，分析异常数据，制订合理的工作进度表，进而提高工程进度；通过所述灯光预警装置104和所述语音预警装置105，对矿车事故及时预警，可以避免矿山工作人员产生心理阴影；能够有效地提高工作效率，保证人身和财产及设备安全，以及有效地减低矿山建设的运营成本，从而提高煤矿工业继续健康的发展。

应当理解的是，本申请中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。此外，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本申请的具体实施只局限于这些说明。凡与本申请的方法、结构等近似、雷同，或是对于本申请构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本申请的保护范围。