CN106225662A - 网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统 - Google Patents

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常海军
郑晓亮
陈兆权
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Abstract

本发明公开了一种网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统，智能应变传感器(4)由应变片(5)、信号处理电路(6)、A/D转换器(7)以及微型单片机(8)构成，当应变片(5)受到竖井(1)外壁(3)保护层产生的压力时发生应变，应变信号通过信号处理电路(6)处理后经A/D转换器(7)传输给微型单片机(8)，微型单片机(8)将数据转换为测点的应变值通过RS485总线(9)传输到计算机(10)中，从而实现对竖井(1)外壁(3)形变量进行实时监测。本发明的有益效果是当土层、岩层或其它外力对竖井(1)外壁(3)的压力超过一定的参考值范围，该系统可以起到预警作用，使得相关人员及时采取应对措施进行补救，避免了因竖井(1)井壁损坏而造成竖井(1)内工作人员的伤亡以及财产损失。

Description

网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统
技术领域
本发明涉及传感器检测技术领域，具体为一种网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统。
背景技术
竖井是一种洞壁直立的井状管道，也是矿井井下通往地面的主要出口，可以用来提升有用矿物、上下人员，下放材料设备和通风排水。它在开拓大中型地下矿山资源中起到及其重要的作用，承担着地表生产系统与井下生产系统或地下不同阶段生产系统之间连通的重任。
竖井由井颈、井身和井底三个部分组成，根据需要在井筒适当部位还筑有壁座。靠近地表的一段井筒称作井颈，此段内常开有各种孔口。井颈部分由于处在松软表土层或风化岩层内，地压较大，又有地面构筑物和井颈上各种孔洞的影响，其井壁不仅需要加厚，而且通常需要配置钢筋。井颈以下至罐笼进出车水平或箕斗装车水平的井筒部分称作井身，井身是井筒的主要组成部分。井底的深度由提升过卷高度、井底装备要求高度和井底水窝深度决定。
井壁又可分为单层井壁和双层井壁，普通法施工的井筒一般采用单层井壁，冻结法施工和钻井法施工的井筒一般采用双层井壁。目前，井壁采用钢筋混泥土浇筑而成。双层井壁有内壁和外壁，内壁的作用主要承受外壁或夹层传来的水平侧压力，同时承受自重、设备重量和外壁或者夹层传来的部分竖直附加力，内壁还要满足防止井壁漏水的要求。外壁主要承受施工期间的冻结压力和限制冻结壁的变形，在冻结壁解冻后，冻结压力消除，外壁和内壁共同承受永久地压自重和部分竖直附加力。因此，在施工期间竖井外壁起到非常重要的保护作用，一旦承受压力过大发生形变，对内壁产生挤压，损坏竖井井壁，不仅影响施工的正常进行，更有可能造成人员伤亡、设备损坏以及财产的重大损失。
传统的竖井井壁监测技术，是在竖井内壁放置应变传感器，这种技术的缺点是：一旦监测到内壁受到挤压变形，这时竖井已经受到损坏，即使及时采取应对措施进行补救，也无法保证竖井的完整性，给工作人员留下了安全隐患。
综上所述，为了避免因未能及时发现外壁受压过大而造成的安全问题，急需一种网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统，对竖井外壁受压状况进行实时监测。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统，对竖井(1)外壁(3)受压状况进行实时监测，解决了因未能及时发现外壁(3)受压过大导致竖井(1)损坏而带来的安全问题。
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统，采用多个智能应变传感器(4)均匀放置在竖井(1)外壁(3)保护层内，通过硬PVC管(11)内的RS485总线(9)与计算机(10)相连接。
安装于竖井(1)外壁(3)保护层内的智能应变传感器(4)，用于检测外壁(3)受到挤压时产生的形变信号。
所述的硬PVC管(11)上钻有小孔，作为硬PVC管(11)外部的多个智能应变传感器(4)与内部的RS485总线(9)相连接的通道。
所述的计算机(10)通过RS485总线(9)接收智能应变传感器(4)检测到的形变信号，将其在计算机(10)显示器上显示出来。
所述的智能应变传感器(4)由应变片(5)、信号处理电路(6)、A/D转换器(7)以及微型单片机(8)构成。
所述的应变片(5)在竖井(1)外壁(3)保护层内受到外界压力时产生机械变形，其电阻值发生相应的变化，通过信号处理电路(6)将采集到的形变信号经A/D转换器(7)传输到微型单片机(8)中，将其转换为测点的应变值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统采用智能应变传感器(4)模块，是由应变片(5)、信号处理电路(6)、A/D转换器(7)以及微型单片机(8)构成，便于安装于竖井(1)外壁(3)保护层内，不易损坏，且该系统测点多，费用低。
2.一旦竖井(1)外壁(3)承受压力超过一定的参考值范围，且内壁(2)尚未受到影响时，智能应变传感器(4)模块将实时采集到的受压状况在计算机(10)上显示出来并发出警报，给工作人员以预警作用，让相关人员通过注浆等补救措施及时对竖井(1)外壁(3)的挤压区域的进行加厚，以及对挤压区域内产生的缝隙进行混泥土充填，防止因竖井(1)内壁(2)受压损坏，而产生内壁(2)漏水等一系列的安全问题。
附图说明
图1是本发明一个实施例的网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统的结构图以及电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图1，进一步阐述本发明。
具体实施方式如下：
如图1所示,智能应变传感器(4)由应变片(5)、信号处理电路(6)、A/D转换器(7)以及微型单片机(8)构成。多个智能应变传感器(4)均匀放置在竖井(1)外壁(3)保护层内，通过硬PVC管(11)内的RS485总线(9)与计算机(10)相连接。安装于竖井(1)外壁(3)保护层内的智能应变传感器(4)，用于检测外壁(3)受到挤压时产生的形变信号。
当竖井(1)外壁(3)保护层受到土层、岩层或其它较大外力产生变形时，外壁(3)保护层内的应变片(5)产生机械变形发生应变，微弱的应变信号通过信号处理电路(6)放大、滤波等一系列的处理后输出有用的模拟信号，再经过A/D转换器(7)转换成数字信号输入到微型单片机(8)内进行数据处理，微型单片机(8)将数据转换为测点的应变值通过RS485总线(9)传输到计算机(10)中显示出来，从而实现对竖井(1)外壁(3)形变量进行实时监测。
若应变片(5)发生的形变量超过一定的参考值范围，预示着竖井(1)外壁(3)达到一定的承受极限，极有可能进一步损坏内壁(2)，这时计算机中显示形变数据并发出警报，可以给工作人员以预警作用，让相关人员通过注浆法等补救措施及时对竖井(1)外壁(3)的挤压区域进行加厚，以及对挤压区域内产生的缝隙进行混泥土充填。
本发明的网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统，在开采矿山资源中起到很重要的预防作用，在竖井(1)井壁损坏之前，就可以发出危险预警，及时采取应急措施，极大的减少了工作人员伤亡、设备损坏以及财产的重大损失的风险。
以上实施例只是对本发明的具体实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，任何不脱离本发明的工作原理，在此发明基础上进行的更改变形，应均落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统，多个智能应变传感器(4)均匀放置在竖井(1)外壁(3)保护层内，通过硬PVC管(11)内的RS485总线(9)与计算机(10)相连接；安装于竖井(1)外壁(3)保护层内的智能应变传感器(4)，用于检测外壁(3)受到挤压时产生的形变信号。
2.根据权利要求1所述的网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统，其特征在于：所述的硬PVC管(11)上钻有小孔，作为硬PVC管(11)外部的多个智能应变传感器(4)与内部的RS485总线(9)相连接的通道。
3.根据权利要求1所述的网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统，其特征在于：所述的计算机(10)用于显示智能应变传感器(4)检测到的形变信号。
4.根据权利要求1所述的网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统，其特征在于：所述的智能应变传感器(4)由应变片(5)、信号处理电路(6)、A/D转换器(7)以及微型单片机(8)构成。
5.根据权利要求3所述的网络式竖井井壁保护层形变应力监测系统，其特征在于：所述的应变片(5)通过信号处理电路(6)和A/D转换器(7)与单片机(8)相连接。
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