权利要求
1.一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，包括防控机构(1)，其特征在于：所述防控机构(1)的顶部设置有预警机构(2)，所述防控机构(1)的正面设置有阻波机构(3)，所述预警机构(2)与防控机构(1)的顶面贴合，所述阻波机构(3)与防控机构(1)的侧壁贴合;
所述防控机构(1)包括连接块(101)，所述连接块(101)设置有多个，多个所述连接块(101)的外侧均固定连接有多个支撑杆(102)，多个所述支撑杆(102)的内部均固定连接有橡胶柱(107)，多个所述支撑杆(102)的内部一侧均固定连接有第一连接柱(103)，多个所述支撑杆(102)的内部另一侧均固定连接有第二连接柱(105);
所述预警机构(2)包括底板(201)，所述底板(201)的底部与连接块的顶部(101)贴合，所述底板(201)的顶部固定连接有电动推杆(202)，所述电动推杆(202)的顶部固定连接有顶板(203)，所述顶板(203)的顶部固定连接有压力感应器(204)，所述压力感应器(204)的顶部设置有垫板(206)。
2.根据权利要求1所述的一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，其特征在于：所述第一连接柱(103)的底部固定连接有弹簧(104)，所述弹簧(104)的底部与第二连接柱(105)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，其特征在于：所述第一连接柱(103)的表面套设有套杆(106)，所述套杆(106)与第二连接柱(105)相适配，所述套杆(106)的内部开设有圆槽，所述圆槽与弹簧(104)相适配，所述套杆(106)的表面与橡胶柱(107)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，其特征在于：所述电动推杆(202)设置有多个，多个所述电动推杆(202)呈矩形阵列设置。
5.根据权利要求1所述的一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，其特征在于：所述压力感应器(204)的顶部固定连接有多个垫柱(205)，多个所述垫柱(205)的顶部均与同一垫板(206)固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，其特征在于：所述顶板(203)的顶部固定连接有与压力感应器(204)电性连接的警报器(207)，所述警报器(207)的左侧固定连接有与压力感应器(204)以及警报器(207)电性连接的扬声器(208)，所述顶板(203)的底部固定连接有橡胶网(209)，所述橡胶网(209)与底板(201)固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，其特征在于：所述阻波机构(3)包括阻波板(301)，所述阻波板(301)的正面固定连接有固定板(303)，所述固定板(303)的内部开设有第一螺纹孔，所述阻波板(301)的正面开设有第二螺纹孔，所述第一螺纹孔内螺纹连接有十字螺栓(304)，所述十字螺栓(304)与第二螺纹孔相适配。
8.根据权利要求7所述的一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，其特征在于：所述阻波板(301)的右侧固定连接有定位块(302)，所述阻波板(301)的左侧开设有定位槽，所述定位槽与定位块(302)插接。
9.根据权利要求7所述的一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，其特征在于：所述阻波板(301)的正面固定连接有反光板(305)，所述阻波板(301)正面的顶部固定连接有灯带(306)。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及金属矿采空区治理技术领域，具体为一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置。
背景技术
[0002]地下金属矿山采空区顶板冒落危害防控是金属矿床地下开采的重要工作之一。地下金属矿山采空区顶板冒落通常是指，在地下金属矿山的开采作业中，采空区顶板由于自身重力、地质构造应力以及开采活动带来的扰动等多重因素影响下，顶板岩石逐渐产生裂隙、离层，最终失去稳定性而发生突然的、大规模的垮塌或断裂的现象。地下金属矿山采空区顶板冒落因其突发性强、规模庞大，已经成为矿山安全生产的重大隐患，直接威胁到井下作业人员的生命安全。
[0003]当采空区顶板冒落时，大量的岩石碎块在极短的时间内迅速下落，与下方的岩石或巷道壁发生剧烈的撞击，产生巨大的能量释放，从而形成冲击波。此外，顶板冒落过程中还可能伴随有岩石的断裂、挤压等物理过程，这些过程也会释放出能量，进一步加剧冲击波的形成。冲击波不仅会对矿井结构和生产设备造成直接破坏，还会对井下作业人员构成严重威胁，包括造成冲击伤害、砸伤以及可能引发的二次伤害，进一步加剧了事故的危害性和复杂性。
[0004]目前市面上现有的顶板冒落冲击波防控装置，采用安全防护栅栏或是钢筋网与固定组件相结合，沿采空区边缘横向布置，并通过固定组件与巷道边帮相连，然而，地下金属矿山的地质条件复杂多变，需要根据具体的地质条件来选择合适的防控装置，并且应该根据顶板冒落范围与程度灵活选取冲击波防控装置来抵御冲击波的影响，以避免冲击波防控装置承载力不足或者防治成本过高等问题。因此，亟需一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，包括防控机构，所述防控机构的顶部设置有预警机构，所述防控机构的正面设置有阻波机构，所述预警机构与防控机构的顶面贴合，所述阻波机构与防控机构的侧壁贴合;
所述防控机构包括连接块，所述连接块设置有多个，多个所述连接块的外侧均固定连接有多个支撑杆，多个所述支撑杆的内部均固定连接有橡胶柱，多个所述支撑杆的内部一侧均固定连接有第一连接柱，多个所述支撑杆的内部另一侧均固定连接有第二连接柱;
所述预警机构包括底板，所述底板的底部与连接块的顶部贴合，所述底板的顶部固定连接有电动推杆，所述电动推杆的顶部固定连接有顶板，所述顶板的顶部固定连接有压力感应器，所述压力感应器的顶部设置有垫板。
[0007]优选的，所述第一连接柱的底部固定连接有弹簧，所述弹簧的底部与第二连接柱固定连接。
[0008]优选的，所述第一连接柱的表面套设有套杆，所述套杆与第二连接柱相适配，所述套杆的内部开设有圆槽，所述圆槽与弹簧相适配，所述套杆的表面与橡胶柱固定连接。
[0009]优选的，所述电动推杆设置有多个，多个所述电动推杆呈矩形阵列设置。
[0010]优选的，所述压力感应器的顶部固定连接有多个垫柱，多个所述垫柱的顶部均与同一垫板固定连接。
[0011]优选的，所述顶板的顶部固定连接有与压力感应器电性连接的警报器，所述警报器的左侧固定连接有与压力感应器以及警报器电性连接的扬声器，所述顶板的底部固定连接有橡胶网，所述橡胶网与底板固定连接。
[0012]优选的，所述阻波机构包括阻波板，所述阻波板的正面固定连接有固定板，所述固定板的内部开设有第一螺纹孔，所述阻波板的正面开设有第二螺纹孔，所述第一螺纹孔内螺纹连接有十字螺栓，所述十字螺栓与第二螺纹孔相适配。
[0013]优选的，所述阻波板的右侧固定连接有定位块，所述阻波板的左侧开设有定位槽，所述定位槽与定位块插接。
[0014]优选的，所述阻波板的正面固定连接有反光板，所述阻波板正面的顶部固定连接有灯带。
[0015]与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
第一、本发明，套杆为圆柱体，中部宽，两头收窄，圆槽从套杆的底部开设至顶部形成中空，通过内部空间将顶部中空与第一连接柱连接，底部中空与第二连接柱连接，通过多个连接块和支撑杆的设置，为整个防控装置提供了稳定的支撑结构，对采空区围岩进行三维扫描，获得采空区围岩的三维模型，在采空区围岩的三维模型的基础上，分析结构面参数，评价顶板冒落倾向程度，对于顶板冒落倾向高的岩体，将三维模型输入数值软件，输入岩体密度、强度等参数，进行数值仿真，得到冲击能量，其中，数值软件采用ANSYS，是专门用于进行数值模拟和仿真的工具，在矿山工程中，这些软件常被用于模拟岩层稳定性、地压分布、冲击地压等问题，采用有限元计算模型，有限元法是一种将连续体划分为有限个单元，并通过求解这些单元的力学平衡方程来得到整体结构响应的方法，在采空区围岩的仿真中，有限元模型可以模拟岩体的应力、应变和位移等参数，从而评估岩体的稳定性和冲击能量，仿真原理基于物理学的基本原理和数学方法，根据冲击能量，再选择连接块与支撑杆的数量并进行焊接与组装，单个连接块同时连接多个支撑杆，单个支撑杆同时连接两个连接块，排布成六边形结构，能够适应不同规模和复杂度的地下金属矿山采空区环境，如果采空区的围岩相对稳定，且冲击波主要来源于上方(如岩层塌陷)，则可以将防控装置直接焊接或螺栓连接在围岩的表面上，对于某些地质条件复杂的采空区，需要将防控装置嵌入到围岩内部，以更好地吸收和分散冲击波，需要在围岩中开凿孔洞，然后将装置放入并固定，在支撑杆内部设置的第一连接柱、弹簧和第二连接柱构成了一个有效的缓冲系统，当受到冲击波作用时，弹簧能够吸收并分散冲击力，减少冲击对防控装置及周围环境的破坏，同时，橡胶柱的设置进一步增强了缓冲和减震效果，提高了装置的耐用性和安全性。
[0016]第二、本发明，垫板与采空区围岩的底部贴合，压力感应器实时监测顶板上方的压力变化，当顶板的顶部压力异常增大时，通过警报器迅速发出声信号，提醒人员注意并采取应急措施，电动推杆可用于调节预警机构的高度，垫柱和垫板增加了压力感应器的受力面积，其中，垫柱采用韧性材质，橡胶网作用于底板和顶板之间，避免外界石子等杂物落入底板与顶板之间的空间内，砸中电动推杆，当电动推杆运行时抬高顶板，橡胶网的韧性网形材质也能在拉伸下仍然连接在底板和顶板之间。
[0017]第三、本发明，阻波板采用钢筋混凝土阻波板，具有较高的强度和刚度，能够有效地抵抗冲击波的作用，且这种钢筋混凝土阻波板可根据实际需求定制大小，能够调整墙体的厚度、高度、配筋等参数，以确保其满足防控要求使用，定位块与定位槽的连接，可轻松的将两块阻波板对齐在同一个平面上，阻波板通过挖掘基础坑，浇筑基础混凝土的方式直接与地面相连，背面与防控机构贴合，再使用十字螺栓通过对固定板的螺纹连接拧入阻波板内，将两块阻波板固定在一起，简化了安装过程，还使得阻波机构在需要时可以方便地扩展或缩小规模，反光板和灯带的设置增强了阻波机构的警示与标识功能。在地下金属矿山等昏暗环境中，反光板能够反射光线，提醒人员注意阻波板的存在，而灯带则可以在夜间或光线不足时提供照明，进一步提高了阻波机构的安全性和可见性。
附图说明
[0018]图1为本发明结构整体立体示意图;
图2为本发明结构防控机构立体示意图;
图3为本发明结构防控机构剖视示意图;
图4为本发明结构预警机构立体示意图;
图5为本发明结构预警机构拆解示意图;
图6为本发明结构阻波机构立体示意图;
图7为本发明结构阻波机构拆解示意图。
[0019]图例说明：
1、防控机构;101、连接块;102、支撑杆;103、第一连接柱;104、弹簧;105、第二连接柱;106、套杆;107、橡胶柱;
2、预警机构;201、底板;202、电动推杆;203、顶板;204、压力感应器;205、垫柱;206、垫板;207、警报器;208、扬声器;209、橡胶网;
3、阻波机构;301、阻波板;302、定位块;303、固定板;304、十字螺栓;305、反光板;306、灯带。
具体实施方式
[0020]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。
实施例
[0021]如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明提供技术方案：一种地下金属矿山采空区顶板冒落冲击波防控装置，包括防控机构1，防控机构1的顶部设置有预警机构2，防控机构1的正面设置有阻波机构3，预警机构2与防控机构1的顶面贴合，阻波机构3与防控机构1的侧壁贴合;
防控机构1包括连接块101，连接块101设置有多个，多个连接块101的外侧均固定连接有多个支撑杆102，多个支撑杆102的内部均固定连接有橡胶柱107，多个支撑杆102的内部一侧均固定连接有第一连接柱103，多个支撑杆102的内部另一侧均固定连接有第二连接柱105;
预警机构2包括底板201，底板201的底部与连接块101的顶部贴合，底板201的顶部固定连接有电动推杆202，电动推杆202的顶部固定连接有顶板203，顶板203的顶部固定连接有压力感应器204，压力感应器204的顶部设置有垫板206。
[0022]第一连接柱103的底部固定连接有弹簧104，弹簧104的底部与第二连接柱105固定连接。
[0023]第一连接柱103的表面套设有套杆106，套杆106与第二连接柱105相适配，套杆106的内部开设有圆槽，圆槽与弹簧104相适配，套杆106的表面与橡胶柱107固定连接。
[0024]电动推杆202设置有多个，多个电动推杆202呈矩形阵列设置。
[0025]压力感应器204的顶部固定连接有多个垫柱205，多个垫柱205的顶部均与同一垫板206固定连接。
[0026]顶板203的顶部固定连接有与压力感应器204电性连接的警报器207，警报器207的左侧固定连接有与压力感应器204以及警报器207电性连接的扬声器208，顶板203的底部固定连接有橡胶网209，橡胶网209与底板201固定连接。
[0027]阻波机构3包括阻波板301，阻波板301的正面固定连接有固定板303，固定板303的内部开设有第一螺纹孔，阻波板301的正面开设有第二螺纹孔，第一螺纹孔内螺纹连接有十字螺栓304，十字螺栓304与第二螺纹孔相适配。
[0028]阻波板301的右侧固定连接有定位块302，阻波板301的左侧开设有定位槽，定位槽与定位块302插接。
[0029]阻波板301的正面固定连接有反光板305，阻波板301正面的顶部固定连接有灯带306。
[0030]在使用时，套杆106为圆柱体，中部宽，两头收窄，圆槽从套杆106的底部开设至顶部形成中空，通过内部空间将顶部中空与第一连接柱103连接，底部中空与第二连接柱105连接，通过多个连接块101和支撑杆102的设置，为整个防控装置提供了稳定的支撑结构，对采空区围岩进行三维扫描，获得采空区围岩的三维模型，在采空区围岩的三维模型的基础上，分析结构面参数，评价顶板冒落倾向程度，对于顶板冒落倾向高的岩体，将三维模型输入数值软件，输入岩体密度、强度等参数，进行数值仿真，得到冲击能量，其中，数值软件采用ANSYS，是专门用于进行数值模拟和仿真的工具，在矿山工程中，这些软件常被用于模拟岩层稳定性、地压分布、冲击地压等问题，采用有限元计算模型，有限元法是一种将连续体划分为有限个单元，并通过求解这些单元的力学平衡方程来得到整体结构响应的方法，在采空区围岩的仿真中，有限元模型可以模拟岩体的应力、应变和位移等参数，从而评估岩体的稳定性和冲击能量，仿真原理基于物理学的基本原理和数学方法，根据冲击能量，再选择连接块101与支撑杆102的数量并进行焊接与组装，单个连接块101同时连接多个支撑杆102，单个支撑杆102同时连接两个连接块101，排布成六边形结构，能够适应不同规模和复杂度的地下金属矿山采空区环境，如果采空区的围岩相对稳定，且冲击波主要来源于上方(如岩层塌陷)，则可以将防控装置直接焊接或螺栓连接在围岩的表面上，对于某些地质条件复杂的采空区，需要将防控装置嵌入到围岩内部，以更好地吸收和分散冲击波;使用时，需要在围岩中开凿孔洞，然后将装置放入并固定，在支撑杆102内部设置的第一连接柱103、弹簧104和第二连接柱105构成了一个有效的缓冲系统，当受到冲击波作用时，弹簧104能够吸收并分散冲击力，减少冲击对防控装置及周围环境的破坏，同时，橡胶柱107的设置进一步增强了缓冲和减震效果，提高了装置的耐用性和安全性。
[0031]其中，垫板206与采空区围岩的底部贴合，压力感应器204实时监测顶板203上方的压力变化，当顶板203的顶部压力异常增大时，通过警报器207迅速发出声信号，提醒人员注意并采取应急措施，电动推杆202可用于调节预警机构2的高度，垫柱205和垫板206增加了压力感应器204的受力面积，其中，垫柱205采用韧性材质，橡胶网209作用于底板201和顶板203之间，避免外界石子等杂物落入底板201与顶板203之间的空间内，砸中电动推杆202，当电动推杆202运行时抬高顶板203，橡胶网209的韧性网形材质也能在拉伸下仍然连接在底板201和顶板203之间。阻波板301采用钢筋混凝土阻波板，具有较高的强度和刚度，能够有效地抵抗冲击波的作用，且这种钢筋混凝土阻波板可根据实际需求定制大小，能够调整墙体的厚度、高度、配筋等参数，以确保其满足防控要求使用;
另外，通过将定位块302与定位槽的连接，可轻松的将两块阻波板301对齐在同一个平面上，阻波板301通过挖掘基础坑，浇筑基础混凝土的方式直接与地面相连，背面与防控机构1贴合，再使用十字螺栓304通过对固定板303的螺纹连接拧入阻波板301内，将两块阻波板301固定在一起，简化了安装过程，还使得阻波机构3在需要时可以方便地扩展或缩小规模，反光板305和灯带306的设置增强了阻波机构3的警示与标识功能。在地下金属矿山等昏暗环境中，反光板305能够反射光线，提醒人员注意阻波板301的存在，而灯带306则可以在夜间或光线不足时提供照明，进一步提高了阻波机构3的安全性和可见性。
[0032]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。
说明书附图(7)
