CN104913818B - 一种变形锚杆锚索监测仪、监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变形锚杆锚索监测仪、监测系统及其监测方法，其包括压力传感器、位移传感器和监测仪表，压力传感器及位移传感器安装于一集成台上，并且与安装在集成台上的监测仪表相连接；位移传感器包括滚动组件、感测装置，滚动组件外绕设一牵引绳，牵引绳的开放端部连接变形锚杆锚索的端部；滚动组件内部还设有一弹性部件以使滚动组件复位；且滚动组件与感测装置连接，当锚杆锚索变形时，能通过牵引绳带动滚动组件转动，感测装置检测滚动组件的位移量，并传输至监测仪表。监测仪表可根据所测得的数据进行声光报警。本发明结构简单，使用方便，反馈及时，可有效提高生产效率，减少了矿山安全事故及滑坡等地质灾害事故的发生。

Description

一种变形锚杆锚索监测仪、监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及一种岩土工程支护技术，尤其涉及一种变形锚杆锚索监测仪、监测系统及其监测方法。

背景技术

目前第三代岩土工程支护技术的核心是恒阻大变形锚杆锚索联合支护技术，该技术使煤矿巷道、露天矿山等面临的围岩失稳、滑坡等灾害得到了更加有效的控制，但采场围岩动力灾害及滑坡的实时监测和预警仍未有突破性进展。应用恒阻大变形锚杆锚索联合支护技术的现场，仍停留在人工记录锚杆(索)端部受力和变形量的状况。并且现有监测仪结构复杂，不易安装，而且人工记录不仅工作量较大，非常的耗费时间，不能及时将锚杆及锚索的变形数据传送至处理中心，而且人工记录还比较容易出现差错。

围岩的突变失稳，由于其具有高度的非线性与不确定性，在实际生产中较难有效控制和监测，而这又是支护工程中最大的危害之一。现有技术使用的人工记录锚杆变形量，只能记录某时间点的尺寸或压力参数，而这种方式并不能有效区分缓变还是突变，也不能实时、准确的将数据传送出，而且，所记录的参照参数单一。而且，突变发生时，由于锚杆受到破坏，例如发生断裂，往往会破坏监测装置，不可能再有监测数据。

发明内容

本发明提供的一种变形锚杆锚索监测仪，目的在于提供一种结构简单，易于安装使用的监测仪器，并且使用该监测仪的监测系统可以达到无需人工记录即可完成数据采集、分析的目的。

本发明的另一目的在于，提供一种针对围岩突变的有效监测系统，以便有效监测和预测围岩突变。

为解决上述问题，本发明提供一种变形锚杆锚索监测仪，包括压力传感器、位移传感器、监测仪表，所述压力传感器及位移传感器安装于一集成台上，并且与安装在所述集成台上的监测仪表相连接；其特征在于，所述位移传感器包括滚动组件和感测装置，所述滚动组件外绕设一牵引绳，所述牵引绳的开放端部连接所述变形锚杆锚索的端部；所述滚动组件内部还设有一弹性部件以使滚动组件复位；且所述滚动组件与所述感测装置连接，当锚杆锚索变形时，能通过所述牵引绳带动滚动组件转动，所述感测装置检测所述滚动组件的位移量，并传输至所述监测仪表。

基于上述构思，所述滚动组件的中心位置还固定设置一中心轴，所述中心轴与所述感测装置相连接，所述弹性部件设置于所述中心轴外且位于滚动组件内，所述中心轴靠近两端部还设有一轴承，所述中心轴与轴承可旋转的连接。

基于上述构思，所述滚动组件外还包覆有一第一壳体，所述第一壳体安装于所述集成台上，并且所述中心轴的轴承可旋转地设置于第一壳体上，并且所述中心轴至少一端裸露于所述第一壳体外与所述感测装置连接，所述感测装置检测所述滚动组件的位移量。

基于上述构思，所述感测装置包括一信号转换器，所述信号转换器通过信号联接器与感测装置相连接，并且将位移信号转换后传送至所述监测仪表。

基于上述构思，所述监测仪表包括压力检测接口、位移检测接口以及一数据显示装置，所述压力传感器及位移传感器分别对应的与所述接口相连接，所述数据显示装置用以显示监测所得的数据。

基于上述构思，所述压力传感器包括上壳体、内柱、应变片以及一下壳体，所述上壳体为圆柱形中空体，所述内柱安装于所述上壳体中；所述内柱中间形成有一通孔，以供所述锚杆锚索穿过，所述内柱外侧形成有环槽，所述应变片设置于所述环槽内；所述下壳体内部具有一螺纹与锚杆锚索的端部进行固定连接。

基于上述构思，所述滚动组件通过一联轴器与所述感测装置相连接；所述变形锚杆锚索为恒阻大变形锚杆锚索。

基于上述构思，所述监测仪表还具有一无线发射模块，所述无线发射模块用以传输监测所得的数据；所述监测仪表内还具有一声光报警器，所述声光报警器部分裸露于所述监测仪表外。

基于上述构思，一种变形锚杆锚索监测系统，包括如上所述的变形锚杆锚索监测仪，以及一信息处理终端，其特征在于，所述变形锚杆锚索监测仪通过无线方式与巷道内多个无线分站相连接，并且于所述变形锚杆锚索监测仪与无线分站之间设置有多个无线中继器；所述无线分站通过一通讯转换器与所述信息处理终端相连接。

基于上述构思，一种变形锚杆锚索监测方法，其特征在于，所述变形锚杆锚索监测仪将测得的锚杆锚索的变形信号发送；所述无线中继器收到变形信号后继续发送至无线分站；所述无线分站通过一通讯转换器将信号转换后发至信息处理终端；所述信息处理终端在收到信号后与数据库数据进行比较并判断；信息处理终端完成判断后发出一是否报警的指令。

本发明提供的变形锚杆锚索监测仪的有益效果在于，压力传感器与位移传感器结合在一起，结构简单，便于安装使用可以大大提高工时，有效提高支护工程进度；本发明所提供的监测系统及监测方法，采用无线方式传输数据，不仅节省了人工，而且使用无线中继器加分站的方法可以确保数据传送，并且提供生产效率，节省巷道内的空间。经信息处理终端可以提供设计和决策依据，使用方便，反馈及时且比较准确不易产生差错，从而提高了生产效率，减少了矿山安全事故及滑坡等地质灾害事故的发生。

附图说明

图1为本发明的变形锚杆锚索压力位移监测系统总体结构示意图。

图2为本发明的变形锚杆锚索压力位移监测仪总体结构示意图。

图3为本发明的变形锚杆锚索压力传感器外观示意图。

图4为本发明的变形锚杆锚索压力传感器剖面结构示意图。

图5为本发明的变形锚杆锚索位移传感器结构示意图。

图6为本发明的变形锚杆锚索位移传感器局部结构示意图。

图7为本发明的变形锚杆锚索位移传感器局部结构示意图。

图8为本发明的变形锚杆锚索位移传感器局部结构示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

下面结合附图，详细描述本发明的具体实施例，如图2所示，本发明提供的一种变形锚杆锚索监测仪，包括压力传感器1、位移传感器2和监测仪表3，压力传感器1及位移传感器2安装于一集成台4上，压力传感器1与位移传感器2与安装于集成台4上的监测仪表3相连接，并且压力传感1与位移传感2与变形锚杆锚索5相连接，将变形锚杆锚索5的压力及位移数据传送至监测仪表3。

如图2至4所示，压力传感器1安装于集成台4的外侧并且与变形锚杆锚索5的端部相连接，压力传感器1包括一具有上壳体11、一内柱12、一应变片13以及一下壳体14，上壳体11为圆柱形中空体，上壳体11可以是由塑料一体冲压形成的，其也可以是其它材质；内柱12是由金属制成，设置于上壳体12内部并且可以通过螺钉与上壳体12固定，当然也可以是卡合等其它方式连接固定，内柱12的中间形成有一通孔121，以供锚杆锚索5穿过并且与下壳体14进行固定连接，内柱12外侧形成有环槽122，应变片13设置于环槽122内，应变片13可为箔式应变计，以测量内柱12的变形量。下壳体14为一六角螺母形，其内部具有一螺纹141与锚杆锚索5的端部进行固定连接。使用时，下壳体14压在内柱12的下端面，而内柱14的顶面压在安装于锚杆锚索5端部的外部托盘上，以下壳体14压在内柱12上的变形量，测得下壳体14对托盘压力的大小。

如图2、图5以及图6所示，位移传感器2包括滚动组件20、感测装置21。滚动组件20包括一滚筒201、一牵引绳202、一第一壳体203以及一弹性部件204，第一壳体203安装于上述集成台4上。滚筒201安装于第一壳体203的内部，滚筒201具有一中心轴2011通过一滚珠轴承与第一壳体可旋转的连接，中心轴2011的一端部分裸露于第一壳体203外与上述感测装置相连接；牵引绳202绕设于滚筒201外且位于第一壳体203内，牵引绳202的开放端2021穿过第一壳体的顶部与锚杆锚索5的端部相连接，当锚杆锚索变形位移时带动滚筒201旋转；弹性部件204设置于上述中心轴2011外侧并且位于滚筒201内，弹性部件204可以使滚筒201复位。弹性部件具体可以为一卷簧或其它可以使滚筒201复位的弹性部件，此处并非用以限制弹性部件，而仅为举例用。另上述连接方式可使用本领域技术人员熟知的连接方式，本发明并不限制。

如图7所示，感测装置21包括一第二壳体210、一感测器211、一信号转换器212、一信号联接器213。感测器211具体可为一种电位器用于转换位移量，当然也可以其它本领域所熟知的其它元件，感测器211安装于第二壳体210内，感测器211输入端穿过第二壳体210的一侧与上述滚筒201的中心轴2011采用联轴器连接，具体可采用轴联橡胶套等方式进行连接，当然也可以采用其它方式进行连接，此处并非用以限制该连接方式；信号转换器212位于第二壳体内，且与感测器211的输出端以及信号联接器213连接，信号联接器213的接口部分裸露于第二壳体210外，且与监测仪表3连接并传输检测到的数据。为了保证感测器211与上述滚筒201的中心轴2011连接的稳定性，确保数据的准确性，可将上述第一壳体203与第二壳体210固定连接在一起，具体连接方式可采用螺接、焊接或铆接等连接方式。

如图2及图8所示，监测仪表3安装于集成台4的一侧，包括压力检测接口31、位移检测接口32、一数据显示装置33、一无线发射模块34、一声光报警器35，压力传感器1及位移传感器2通过一防水航插线与对应的与接口相连接并传输数据，当然也可以其它数据传输方式进行传输数据；数据显示装置33用以显示监测所得的数据；无线发射模块34可以用来发射监测仪表3所接收到的数据；无线发射模块34为直接集成于监测仪表3的内部，或者为智能卡方式插接于监测仪表上；声光报警器35设置于监测仪表3内并且有部分裸露于外，用于进行声光报警。

如图1所示，一种变形锚杆锚索监测系统100，包括上述的变形锚杆锚索监测仪101，以及一信息处理终端105，变形锚杆锚索监测仪101通过无线方式与巷道内多个无线分站102相连接，并且于变形锚杆锚索监测仪101与无线分站102之间设置有多个无线中继器103；无线分站102通过一通讯转换器104传输至信息传输接口105，并且最终传送至信息处理终端106。

使用时，将压力传感器1连接至变形锚杆锚索端部，并按规程施加预紧力，将集成台4与压力传感器1固定；将位移传感器2固定在变形锚杆锚索杆体尾部，将位移传感器2固定于集成台4；将监测仪表3固定于集成台4，通过防水航插线连接压力传感器1和位移传感器2。变形锚杆锚索监测仪101与无线中继器103自动组网相联并传输至无线分站102，通过通讯转换器104经RS485或光纤或以太网或电话线通讯方式传输至信息处理终端106。可通过因特网或卫星远程监控，使变形锚杆锚索的支护效果实时监测及围岩失稳、滑坡等灾害预警成为可能，可以为煤矿巷道支护效果监测、软岩大变形变形量实时监测、冲击地压、滑坡等灾害预警，提供设计和决策依据。

具体监测方法为变形锚杆锚索监测仪101将测得的锚杆锚索的变形信号发送；无线中继器103收到变形信号后继续发送至无线分站102；无线分站103通过一通讯转换器104将信号转换后发送至信息处理终端106；信息处理终端105在收到信号后与数据库数据进行比较并判断；信息处理终端106完成判断后发出一是否报警的指令。

在本发明一较佳实施例中，变形锚杆锚索5可为恒阻大变形锚杆锚索或者为其它的变形锚杆，此处使用恒阻大变形锚杆锚索仅为举例用，并非用以限制本发明；上述变形锚杆监测仪的压力传感器以及位移传感器与恒阻大变形锚杆锚索相连接，可以对恒阻大变形锚杆进行动态过程测量并传输数据，也就是说上述监测仪不仅可以测得常态下压力及位移的变化数据，更为重要的是当地质情况发生突然断裂、离层时，恒阻大变形锚杆仍能在失稳大变形后，恢复到一个稳定锚固状态。确保支护工程安全的同时，又能保证检测系统的连续性与稳定性运行。

变形锚杆监测仪可将突变的数据及时的传送至信息处理终端105，并且及时进行声光报警。当进行变形锚杆锚索联合支护时，使用本发明的变形锚杆锚索监测仪不仅可以有效的监测到单个锚杆或锚索的变化数据，还可以对支护范围内全部区域内监测仪进行实时的有效监测，以利用这些全时态、实时的监测数据，根据现有突变预测模型对突变进行有效的检测和预测，保障地质安全。所以本发明不仅能有效的限制突变，而且还能有效的监测和记录区域数据，并且将区域数据发送至信息处理终端105进行汇总分析。

本发明提供的变形锚杆锚索监测仪的有益效果在于，压力传感器与位移传感器结合在一起，结构简单，便于安装使用可以大大提高工时，有效提高支护工程进度；本发明所提供的监测系统及监测方法，采用无线方式传输数据，不仅节省了人工，而且使用无线中继器加分站的方法可以确保数据传送，并且提供生产效率，节省巷道内的空间。经信息处理终端可以提供设计和决策依据，使用方便，反馈及时且比较准确不易产生差错，从而提高了生产效率，减少了矿山安全事故及滑坡等地质灾害事故的发生。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种变形锚杆锚索监测仪，包括压力传感器、位移传感器和监测仪表，所述压力传感器及位移传感器安装于一集成台上，并且与安装在所述集成台上的监测仪表相连接；其特征在于，所述变形锚杆锚索为恒阻大变形锚杆或锚索，所述位移传感器包括滚动组件和感测装置，所述滚动组件外绕设一牵引绳，所述牵引绳的开放端部连接所述变形锚杆锚索的端部；所述滚动组件内部还设有一弹性部件以使滚动组件复位；且所述滚动组件与所述感测装置连接，当锚杆锚索变形时，能通过所述牵引绳带动滚动组件转动，所述感测装置检测所述滚动组件的位移量，并传输至所述监测仪表；所述变形锚杆锚索监测仪对所述恒阻大变形锚杆进行动态过程测量，监测所述恒阻大变形锚杆全时态且实时的压力及位移的变化数据，根据突变预测模型对突变进行检测和预测。

2.如权利要求1所述的变形锚杆锚索监测仪，其特征在于，所述滚动组件的中心位置还固定设置一中心轴，所述中心轴与所述感测装置相连接，所述弹性部件设置于所述中心轴外且位于滚动组件内，所述中心轴靠近两端部还设有一轴承，所述中心轴与轴承可旋转的连接。

3.如权利要求2所述的变形锚杆锚索监测仪，其特征在于，所述滚动组件外还包覆有一第一壳体，所述第一壳体安装于所述集成台上，并且所述中心轴的轴承可旋转地设置于所述第一壳体上，并且所述中心轴至少一端裸露于所述第一壳体外与所述感测装置连接，所述感测装置检测所述滚动组件的位移量。

4.如权利要求1所述的变形锚杆锚索监测仪，其特征在于，所述感测装置包括一信号转换器，所述信号转换器与感测装置相连接，并且将位移信号转换后通过信号联接器传送至所述监测仪表。

5.如权利要求1所述的变形锚杆锚索监测仪，其特征在于，所述监测仪表包括压力检测接口、位移检测接口以及一数据显示装置，所述压力传感器及位移传感器分别对应的与所述接口相连接，所述数据显示装置用以显示监测所得的数据。

6.如权利要求1所述的变形锚杆锚索监测仪，其特征在于，所述压力传感器包括上壳体、内柱、应变片以及一下壳体，所述上壳体为圆柱形中空体，所述内柱安装于所述上壳体中；所述内柱中间形成有一通孔，以供所述锚杆锚索穿过，所述内柱外侧形成有环槽，所述应变片设置于所述环槽内；所述下壳体内部具有一螺纹与锚杆锚索的端部进行固定连接。

7.如权利要求1至6的任一所述的变形锚杆锚索监测仪，其特征在于，所述滚动组件通过一联轴器与所述感测装置相连接。

8.如权利要求1至6的任一所述的变形锚杆锚索监测仪，其特征在于，所述监测仪表还具有一无线发射模块，所述无线发射模块用以传输监测所得的数据；所述监测仪表内还具有一声光报警器，所述声光报警器部分裸露于所述监测仪表外。

9.一种变形锚杆锚索监测系统，包括如权利要求8所述的变形锚杆锚索监测仪，以及一信息处理终端，其特征在于，所述变形锚杆锚索监测仪通过无线方式与巷道内多个无线分站相连接，并且于所述变形锚杆锚索监测仪与无线分站之间设置有多个无线中继器；所述无线分站通过一通讯转换器与所述信息处理终端相连接。

10.一种应用权利要求9所述的监测系统的变形锚杆锚索监测方法，其特征在于，

所述变形锚杆锚索监测仪将测得的锚杆锚索的变形信号发送；

所述无线中继器收到变形信号后继续发送至无线分站；

所述无线分站通过一通讯转换器将信号转换后发至信息处理终端；

所述信息处理终端在收到信号后与数据库数据进行比较并判断；

信息处理终端完成判断后发出一是否报警的指令。