CN104747217A - 一种矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法，属于矿业和岩土工程安全检测与监控技术领域。其特征在于：在锚杆（6）上套装固定有压力监测单元，压力监测单元包括空心液压千斤顶（9）以及压力变送器，压力变送器与监控主机（5）相连，包括如下步骤：步骤a，安装空心液压千斤顶（9）；步骤b，压力变送器将监测到的压力值送至监控主机（5）；步骤c，监控主机（5）对压力变送器监测的压力值进行判断；步骤d，监控主机（5）根据所有压力变送器监测到的压力值，判断所有压力值超出阈值的压力变送器的数量；步骤e，确定围岩灾害范围并发布报警信息。本方法可借助于井下的锚杆支护系统实现，极大的降低了成本并且易于实现和推广。
Description
技术领域
一种矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法，属于矿业和岩土工程安全检测与监控技术领域。
背景技术
矿山井下存在围岩片帮、顶板冒落、突水及岩爆动力灾害等危险，其对工作人员和设备构成了直接威胁，而且影响工程进度，还能造成支护失效，甚至地震。随着开采深度的不断增加，围岩破坏频度和强度越来越高，工程灾害日益严重，安全问题亟待解决。
要保证安全必须针对上述问题的发生进行事先预防和预警，需要对围岩状态进行监测监控。目前关于围岩监测主要有围岩变形监测，可细分为表面位移监测、顶板离层和松动范围监测）、巷道支架载荷监测、巷道围岩的应力监测以及针对以上监测开发的实时动态监测的仪器设备比如有顶板动态监测系统、顶板在线监测系统等，以上监测有的预警效果不理想，有的监测成本高，有的无法实现全方位实时监测。针对围岩的声发射监测，其安装监测过程相对繁琐复杂而且费用高，对整个安装质量的要求也较高，监测数据的后期分析复杂和不方便，实际使用效果并不理想，针对围岩的超声波监测，其能真正反映围岩内部的变化情况，但是其不适合长期监测，因此有必要探寻新的有效监测与预警技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种在保证了对围岩灾害监测可靠性的前提下，借助于井下的锚杆支护系统实现，极大的降低了成本并且易于实现和推广的矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法，包括部分露在岩层外部的多根锚杆，其特征在于：在所述多根锚杆中的一根或多根上套装固定有压力监测单元，压力监测单元包括空心液压千斤顶以及与其内腔相连的压力变送器，压力变送器与监控主机相连，
包括如下步骤：
步骤a，通过压力监测单元安装流程安装空心液压千斤顶；
步骤b，压力变送器进行压力监测并将监测到的压力值送至监控主机中；
步骤c，监控主机判断压力变送器监测的压力值是否超出预设定的阈值，如果不存在超出阈值的监测点，返回步骤b，如果存在压力值超出阈值的监测点，执行步骤d；
步骤d，监控主机根据所有压力变送器监测到的压力值，判断所有压力值超出阈值的压力变送器的数量；
步骤e，确定围岩灾害范围并发布报警信息。
优选的，所述的压力监测单元安装流程，包括如下步骤：
步骤a1，提前对空心液压千斤顶施加液压油，将空心液压千斤顶的油缸顶起预定高度后锁紧；
步骤a2，将空心液压千斤顶套装在锚杆上，并通过紧固螺母进行预紧固；
步骤a3，对紧固螺母进行紧固，当压力监测单元中压力变送器输出压力值达到预定值时停止对紧固螺母的继续锁紧。
所述的压力监测单元还包括设置在空心液压千斤顶两端的垫板。
优选的，还设置有远程数据终端，所述的压力变送器通过远程数据终端与监控主机相连。
优选的，所述的压力变送器为无线压力变送器。
优选的，步骤a1中所述的预定高度为0.5~2cm。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1、低成本、操作与后期分析简单：锚杆支护已发展成为世界各国矿井巷道及其它地下工程支护的一种主要形式，锚杆支护材料易于得到，因此，基于锚杆支护提出在此基础上针对围岩灾害的监测监控与预警技术不仅易于推广应用更能极大降低成本，本发明是在锚杆支护的基础上通过垫板压力变化实施监测，监测成本低且操作简单，根据压力变化来反映围岩状态，数据分析简单。
2、无损伤监测、自动化程度高：本发明是通过围岩锚固锚杆外侧垫板压力变化实施监测，是无损伤监测，通过无线压力变送器与远程数据终端通信及远程数据终端与测控主机通信，实时采集和显示监测数据并绘制图形与分析，自动化程度高。
3、监测数据实时、可靠、应用范围广：垫板压力变化监测受外界的干扰影响小，使得监测到的数据更真实可靠；远程数据终端与测控主机可实时采集和显示监测数据并绘制图形与分析，实现了对围岩的全程实时监测，根据其是否超过设定的阈值，判断其是否发生灾害及确定灾害范围，根据灾害范围进行分级预警；锚杆垫板压力实时监测适用于所有的围岩灾害领域预测预报。
附图说明
图1为矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法硬件连接示意图。
图2为锚杆压力监测装置结构示意图。
图3为矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法流程图。
图4为压力监测单元安装流程图。
其中：1、岩层 2、巷道 3、锚杆垫板压力监测装置 4、远程数据终端 5、监控主机 6、锚杆 7、垫板 8、紧固螺母 9、空心液压千斤顶 10、无线压力变送器。
具体实施方式
图1~4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。
实施例1：
如图1所示，巷道2开设在岩层1中，在巷道2的岩壁上借助于巷道2内的锚杆支护系统，设置有多个锚杆垫板压力监测装置3。安装在巷道2岩壁上的锚杆压力监测装置3通过无线方式与远程数据终端4相连，远程数据终端4与监控主机5相连。锚杆压力监测装置3将监测到的数据通过无线的方式送至远程数据终端4，再有远程数据终端4上传至监控主机5，由监控主机5根据数据对围岩灾害进行判断。
如图2所示，锚杆垫板压力监测装置3包括在锚杆支护系统中锚固在岩层1的锚杆6以及通过锚杆6固定的压力监测单元。压力监测单元包括空心液压千斤顶9、垫板7以及无线压力变送器10。垫板7设置在空心液压千斤顶9的两端，空心液压千斤顶9以及其两端的垫板7同时套装在锚杆6位于岩层1外的部分，并通过紧固螺母8固定。每一处安装有锚杆垫板压力监测装置3的位置均可视为一个压力监测点。
在空心液压千斤顶9的外壳上设置有无线压力变送器10，无线压力变送器10的压力源入口连接至空心液压千斤顶9的内腔中，对空心液压千斤顶9内液压的压力进行监测，并通过无线方式将监测到的压力值进行输出。
在本矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法中，可以依赖于巷道内的锚杆支护系统中的锚杆6进行空心液压千斤顶9的安装，实现压力的监测。也可以在未设置锚杆支护系统的位置人为设置锚杆6并锚固，实现空心液压千斤顶9的安装，因此应用井下现有的设备和材料即可实现，因此在极大的程度上降低了施工和材料成本，并且相比较现有的围岩监测方法，本方法极易实现应用和推广。
如图3所示，矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法，包括如下步骤：
步骤1001，锚杆6固定；
利用锚杆钻机及锚固剂等将锚杆6固定在巷道2内的岩层1中；
步骤1002，安装固定压力监测单元；
通过压力监测单元安装流程安装压力监测单元；
步骤1003，压力实时监测；
压力监测单元将监测到的压力值以无线的方式向远程数据终端4进行发送，并通过远程数据终端4将压力监测单元监测到的压力值送至监控主机5中；
步骤1004，压力值是否超出阈值；
监控主机5判断各压力监测单元监测的压力值是否超出预设定的阈值，如果不存在超出阈值的监测点，返回步骤1003，如果存在压力值超出阈值的监测点，执行步骤1005；
步骤1005，确定点位数；
监控主机5根据所有压力监测单元监测到的压力数值，判断所有压力值超出阈值的压力监测点的数量；
步骤1006，确定围岩灾害范围；
监控主机5根据压力值超出阈值的压力监测点的数量确定围岩灾害范围；
步骤1007，发布报警信息；
监控主机5通过声光报警发布报警信息。
当仅有一处压力监测点的压力值超出阈值时，监控主机5对该压力监测点位进行声光报警；当有多个压力监测点的压力值超出范围时，监控主机5确定出有可能发生的围岩灾害的范围，并进行发布报警信息，通知现场工作人员迅速撤离。
如图4所示，所述的压力监测单元安装流程，包括如下步骤：
步骤2001，将空心液压千斤顶油缸顶升；
在地面或井下对空心液压千斤顶9施加液压油，待空心液压千斤顶9的油缸顶升0.5~2厘米时停止对空心液压千斤顶9施加液压油并锁紧，防止液压油回流；
步骤2002，将空心液压千斤顶套装在锚杆6上，
将压力监测单元套装在锚杆6上，并通过紧固螺母8进行预紧固；
步骤2003，紧固；
利用锚杆钻机或扳手对紧固螺母8进行紧固；
如上所述，压力监测单元包括空心液压千斤顶9、垫板7以及无线压力变送器10。当利用锚杆钻机或扳手对紧固螺母8进行紧固时，紧固螺母8通过垫板7逐渐压紧空心液压千斤顶9，由于空心液压千斤顶9的油缸已升起，因此在紧固螺母8不断锁紧的过程中，空心液压千斤顶9的油缸对空心液压千斤顶9内的液体进行挤压，压力值通过安装在空心液压千斤顶9上的无线压力变送器10监测出。
步骤2004，压力值是否达到预定值；
监控主机5对压力监测单元输出的压力值进行判断，如果压力监测单元输出的压力值尚未达到预定值，返回步骤2003，如果输出的压力值已达到预定值，执行步骤2005；
在压力监测单元中，输出压力值的为无线压力变送器10，无线压力变送器10对空心液压千斤顶9中液体的压力进行监测。
步骤2005，停止紧固；
压力监测单元输出的压力值已达到预定值，表示已通过紧固螺母8将空心液压千斤顶9压紧，停止对紧固螺母8的继续锁紧。
具体工作过程及原理如下：
在巷道2内进行锚杆支护时，通过锚杆钻机、锚固剂等将锚杆6锚固在岩层1之后，根据需要在锚杆6上套装上压力监测单元。当需要安装压力监测单元时，将油缸已升起0.5~2cm的空心液压千斤顶9以及设置在两端的垫板7同时套装在锚杆6位于岩层1外部的位置上，在将空心液压千斤顶9以及垫板7套装完成之后，通过紧固螺母8进行紧固。
然后同时通过锚杆钻机或扳手等对紧固螺母8进行紧固，由于空心液压千斤顶9的油缸已升起0.5~2cm，因此在紧固螺母8不断紧固的过程中，垫板7将空心液压千斤顶9逐渐压紧。在压紧的过程中，空心液压千斤顶9的油缸对其内部液体存在作用力，该作用力通过安装在空心液压千斤顶9上的无线压力变送器10感知并将监测到的压力通过无线传送至远程数据终端4中，经远程数据终端4继续送至监控主机5，由监控主机5对各无线压力变送器10输出的压力值进行判断。当监控主机5判断出各压力监测点的压力值超过设定的阈值时，进行报警，以防止出现围岩灾害时造成人员伤亡。
实施例2：
实施例2与实施例1区别在于，在空心液压千斤顶9的表面安装普通压力变送器，通过有线的形式对压力变送器进行供电，并同时通过有线的形式将压力变送器与远程数据终端4连接。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (6)
1.一种矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法，包括部分露在岩层（1）外部的多根锚杆（6），其特征在于：在所述多根锚杆（6）中的一根或多根上套装固定有压力监测单元，压力监测单元包括空心液压千斤顶（9）以及与其内腔相连的压力变送器，压力变送器与监控主机（5）相连，
包括如下步骤：
步骤a，通过压力监测单元安装流程安装空心液压千斤顶（9）；
步骤b，压力变送器进行压力监测并将监测到的压力值送至监控主机（5）中；
步骤c，监控主机（5）判断压力变送器监测的压力值是否超出预设定的阈值，如果不存在超出阈值的监测点，返回步骤b，如果存在压力值超出阈值的监测点，执行步骤d；
步骤d，监控主机（5）根据所有压力变送器监测到的压力值，判断所有压力值超出阈值的压力变送器的数量；
步骤e，确定围岩灾害范围并发布报警信息。
2.根据权利要求1所述的矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法，其特征在于：所述的压力监测单元安装流程，包括如下步骤：
步骤a1，提前对空心液压千斤顶（9）施加液压油，将空心液压千斤顶（9）的油缸顶起预定高度后锁紧；
步骤a2，将空心液压千斤顶（9）套装在锚杆（6）上，并通过紧固螺母（8）进行预紧固；
步骤a3，对紧固螺母（8）进行紧固，当压力监测单元中压力变送器输出压力值达到预定值时停止对紧固螺母（8）的继续锁紧。
3. 根据权利要求1所述的矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法，其特征在于：所述的压力监测单元还包括设置在空心液压千斤顶（9）两端的垫板（7）。
4. 根据权利要求1所述的矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法，其特征在于：还设置有远程数据终端（4），所述的压力变送器通过远程数据终端（4）与监控主机（5）相连。
5. 根据权利要求1或2或4所述的矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法，其特征在于：所述的压力变送器为无线压力变送器（10）。
6. 根据权利要求2所述的矿井围岩灾害锚杆垫板压力实时监测方法，其特征在于：步骤a1中所述的预定高度为0.5~2cm。
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