CN107478370B - 一种整体巷道位移、应变应力的监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体巷道位移、应变应力的监测装置，固定于巷道围岩，包括三条及以上检测线路，每一条检测线路中的拉绳位移传感器中的钢丝，穿过若干受力吊环，终止于固定装置处；拉绳位移传感器依次连接数据采集装置、数据转换装置、数据传输装置、数据处理装置；以及监测方法，测量初始数据，利用胡克定律定律及衍生的定律对不同地质构造和工程加固围岩或隧道的应变应力、压力进行计算。本发明的有益效果：设备简单，使用寿命长，适应性强，推广性强；可根据需要改变监测的距离，避免重复加装传感器；器件适应复杂恶劣的环境提高测量精度；可测量一段或整体巷道的变形情况；远程自动检测围岩变形、收敛、应变应力情况。

Description

一种整体巷道位移、应变应力的监测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检测装置及方法，尤其涉及的是一种整体巷道位移、应变应力的监测装置及方法。

背景技术

近年来，在我国各类地下资源开采和地下公共设施中，围岩灾害导致的事故时有发生，围岩灾害已经成为影响安全生产和公共设施的重要因素。为保证巷道围岩的稳定、防止出现围岩事故而影响人身安全事故，现有矿山一般采取巷道掘进后立即进行支护，隧道掘进后立即进行衬砌，对围岩、隧道支护的变形、位移、应力的监测越来越受到重视，同时对监测的准确性、可靠性及在线监测能力的要求也越来越高。

但是，现有的矿山巷道、隧道围岩的监测技术对具有某一专门用途或设备依赖性很强，基本上属于传统的安全监测技术手段。如应变片式测力金属杆、液压式金属杆测力计、数显收敛计等虽然具有不同的优点，但最关键的问题是，这些设备监测到的数据只有一种单一用途的数据。同时这些设备存在着各种缺点，具体表现有:采用人工间断观测和采集，监测结果滞后且获得的数据误差较大；易受电磁和井下潮湿环境干扰，可靠性低；监测效率不高，传感元件寿命短。

近年来，虽然有在线式光纤应变监测和其他应变自动化监测，但只能监测巷道、隧道的单一用途数据，如果要监测其他数据又需要加装其他类型的传感器，且只能监测巷道的单个横截面的数据，如果要监测一段巷道、隧道，只能不断的加装传感器，不能得出一段或整体巷道的收敛量和变形规律。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种能监测一段或整个巷道的位移、应变应力、收敛状态的监测装置及方法，能进行远程实时在线监测和长期监测、全自动信息化处理数据。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本发明固定于巷道围岩，包括三条及以上检测线路、数据采集装置、数据转换装置、数据传输装置、数据处理装置；所述数据处理装置设置在地表；所述若干条检测线路均匀的分散于巷道围岩顶面和两侧；

所述每一条检测线路均包括拉绳位移传感器，若干受力吊环，固定装置；所述拉绳位移传感器固定在巷道围岩地面上，所述若干受力吊环均匀分散安装在巷道围岩顶面或两侧，所述拉绳位移传感器中设有钢丝，所述钢丝穿过若干受力吊环，终止于固定装置处；所述受力吊环和固定装置均安装在巷道围岩上；

所述拉绳位移传感器依次连接数据采集装置、数据转换装置、数据传输装置、数据处理装置。

优选的，所述每一条检测线路上的受力吊环处在同一水平线上。

优选的，所述检测线路有三条，包括分置于巷道围岩两侧的两条线路和处于顶面的检测线路。

优选的，所述处于顶面的检测线路还包括用该改变钢丝走向的若干不受力吊环，所述不受力吊环安装在巷道围岩上，并处于受力吊环和拉绳位移传感器之间。

优选的，所述受力吊环与不受力吊环均为圆环状，且不受力吊环直径大于受力吊环，所述受力吊环的直径公差为-0.02mm～+0.02mm。

优选的，所述固定装置为锁定环。

优选的，所述数据传输装置为矿用通讯总线或无线传输站；所述数据处理装置为计算机系统。

本发明还提供一种整体巷道位移、应变应力的监测装置进行监测的方法，包括如下步骤：

a、将拉绳位移传感器分别固定在巷道围岩或设置在巷道围岩地面的基座上，将拉绳位移传感器中的钢丝拉出并依次通过若干受力吊环，对于处在顶面的吊环，在受力吊环与拉绳位移传感器之间安置若干不受力吊环，拉置到需要的距离，将钢丝的另一头锁定在锁定环上，具体的长度根据围岩和隧道的地质情况确定；

b、手持3D扫描仪扫描出巷道围岩内部尺寸、形状、各个受力吊环之间的距离、受力吊环和巷道围岩地面的距离，输入数据处理装置，得出每个受力吊环的相对位置；

c、当围岩有微小变形位移时，带动受力吊环移动，受力吊环带动钢丝缩短或伸长，拉绳位移传感器监测到位移数据，通过数据采集装置和信号转换装置由数据传输装置传入数据处理装置进行数据处理，得到初始数据；

d、根据初始数据，利用胡克定律及衍生的定律对不同地质构造和不同工程加固围岩和隧道的应变应力、压力、变形收敛量进行计算。

优选的，所述初始数据为发生位置变化的受力吊环相对于巷道围岩地面的位置。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、便于实现，设备安装简单，使用寿命长，并非局限于巷道内，还可用于隧道、铜室等，且能进行远程实时在线监测和长期监测、全自动信息化处理数据，推广性强；

2、安装简单，测量端钢丝绳可伸长或缩短，可根据需要改变监测的距离，不需要重复加装传感器，给业主实际使用带来极大方便；

3、器件可在复杂恶劣的情况下正常使用、对温度不敏感，不需要做温度补偿，提高测量精度；

4、可测量一段、整体巷道的变形、收敛状态、应变应力，适应性更强；

5、能及时准确地提供围岩变形、收敛状态、应变应力监测结果，利于指导现场生产及科研工作。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的流程示意图；

图4是本发明原始数据采集原理图。

检测线路1拉绳位移传感器11钢丝111受力吊环12固定装置13不受力环14数据采集装置2数据转换装置3数据传输装置4数据处理装置5巷道围岩6

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-2所示，本实施例固定于巷道围岩6，包括三条及以上检测线路1、数据采集装置2(图中未示出)、数据转换装置3(图中未示出)、数据传输装置4(图中未示出)、数据处理装置5(图中未示出)；所述数据处理装置5设置在地表；所述若干条检测线路1均匀的分散于巷道围岩6顶面和两侧；

所述每一条检测线路1均包括拉绳位移传感器11，若干受力吊环12，固定装置13，所述拉绳位移传感器1固定在巷道围岩6地面上或设置在巷道地面上的基座，所述若干受力吊环12均匀分散安装在巷道围岩6顶面或两侧，所述拉绳位移传感器11中设有钢丝111，所述钢丝111穿过受力吊环12，终止于固定装置13处；所述受力吊环12安装在巷道围岩6上，所述固定装置安装在巷道围岩6上。所述拉绳位移传感器11依次连接数据采集装置2、数据转换装置3、数据传输装置4、数据处理装置5。所述每一条检测线路1上的受力吊环12处在同一水平线上。

所述检测线路1有三条，包括分置于巷道围岩6两侧的两条检测线路和处于顶面的检测线路，所述处于顶面的检测线路还包括用于改变钢丝111走向的若干不受力吊环14，所述不受力吊环14安装在巷道围岩6上，并处于整个装置起始处的受力吊环12和拉绳位移传感器11之间。所述受力吊环12与不受力吊14环均为圆环状，且不受力吊环14直径远大于受力吊环12，使得受力吊环优先对于微小的位移作出反馈；所述受力吊环12的直径公差为-0.02mm～+0.02mm。

所述固定装置13为锁定环。所述数据传输装置4为矿用通讯总线或无线传输站。所述数据处理装置5为计算机系统。

所述受力吊环12、不受力吊环14可直接固定于巷道围岩，也可通过锚杆或其他固定零件进行固定，锚杆插入巷道围岩6内，所述受力吊环12和不受力吊环14安装在锚杆端部。

结合图3所示，本发明还提供一种利用整体巷道位移、应变应力的监测装置进行监测的方法，包括如下步骤：

a、将拉绳位移传感器11分别固定在巷道围岩6或设置在巷道围岩地面的基座上，将拉绳位移传感器11中的钢丝111拉出并依次通过若干受力吊环12，对于处在顶面的受力吊环12，在受力吊环12与拉绳位移传感器11之间安置若干不受力吊环14，拉置到需要的距离，将钢丝111的另一头锁定在固定装置13即锁定环上，具体的长度根据巷道围岩6和/或隧道的地质情况确定；

b、手持3D扫描仪扫描出巷道围岩6内部尺寸、形状、各个受力吊环12之间的距离、受力吊环12和巷道围岩6地面的距离，输入数据处理装置，得出每个受力吊环12的相对位置；

c、当巷道围岩6有微小变形位移时，带动受力吊环12移动，受力吊环12带动钢丝111缩短或伸长，拉绳位移传感器11监测到位移数据，通过数据采集装置2和信号转换装置3由数据传输装置4传入数据处理装置5进行数据处理，得到初始数据；

d、根据初始数据，利用胡克定律及衍生的定律对不同地质构造和不同工程加固围岩和隧道的应变应力、压力、变形收敛量进行计算。

所述初始数据为发生位置变化的受力吊环相对于巷道围岩6地面的位置。结合图4所示，A、B、C、为受力吊环所处位置，D点为巷道围岩6地面中间点，当监测到A、B、C、相对与D点的任何微小位移，可得知A、B、C相对D点的位移差和位移方向。

本发明提供了基于拉绳位移传感器11的巷道围岩6位移、应变应力、变形收敛量的监测装置，计算机系统在已经得知固定在巷道围岩6上的各个受力吊环12之间的的初始数据的基础上，再得到固定在巷道围岩上的各个受力吊环12的微小移动数据，可精确得知巷道围岩6的变形收敛量。通过计算机对电信号进行实时分析处理及监控，实现围岩位移、应变应力实时监测，全面的了解围岩位移、应变应力状况，为提高巷道围岩6的稳定性和安全性提供依据，保障了安全生产和公共安全，利于指导现场生产及科研工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种整体巷道位移、应变应力的监测装置，固定于巷道围岩，其特征在于，包括三条以上检测线路、数据采集装置、数据转换装置、数据传输装置、数据处理装置；所述数据处理装置设置在地表；若干条所述检测线路均匀的分散于巷道围岩顶面和两侧；

每一条所述检测线路均包括拉绳位移传感器，若干受力吊环，固定装置；所述拉绳位移传感器固定在巷道围岩地面上，若干所述受力吊环均匀分散安装在巷道围岩顶面或两侧，所述拉绳位移传感器中设有钢丝，所述钢丝穿过若干受力吊环，终止于固定装置处；所述受力吊环和固定装置均安装在巷道围岩上；

所述拉绳位移传感器依次连接数据采集装置、数据转换装置、数据传输装置、数据处理装置；每一条所述检测线路上的受力吊环处在同一水平线上；所述固定装置为锁定环。

2.根据权利要求1所述的一种整体巷道位移、应变应力的监测装置，其特征在于，所述检测线路有三条，包括分置于巷道围岩两侧的两条线路和处于顶面的检测线路。

3.根据权利要求2所述的一种整体巷道位移、应变应力的监测装置，其特征在于，处于顶面的所述检测线路还包括用来改变钢丝走向的若干不受力吊环，所述不受力吊环安装在巷道围岩上，并处于受力吊环和拉绳位移传感器之间。

4.根据权利要求3所述的一种整体巷道位移、应变应力的监测装置，其特征在于，所述受力吊环与不受力吊环均为圆环状，且不受力吊环直径大于受力吊环，所述受力吊环的直径公差为-0.02mm～+0.02mm。

5.根据权利要求1所述的一种整体巷道位移、应变应力的监测装置，其特征在于，所述数据传输装置为矿用通讯总线或无线传输站；所述数据处理装置为计算机系统。

6.一种利用权利要求1-5任一所述整体巷道位移、应变应力的监测装置进行监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、将拉绳位移传感器固定在巷道围岩地面的基座上，将拉绳位移传感器中的钢丝拉出并依次通过若干受力吊环，对于处在顶面的吊环，在受力吊环与拉绳位移传感器之间安置若干不受力吊环，拉置到需要的距离，将钢丝的另一头锁定在锁定环上，具体的长度根据围岩和隧道的地质情况确定；

b、手持3D扫描仪扫描出巷道围岩内部尺寸、形状、各个受力吊环之间的距离、受力吊环和巷道围岩地面的距离，输入数据处理装置，得出每个受力吊环的相对位置；

c、当围岩有微小变形位移时，带动受力吊环移动，受力吊环带动钢丝缩短或伸长，拉绳位移传感器监测到位移数据，通过数据采集装置和数据转换装置由数据传输装置传入数据处理装置进行数据处理，得到初始数据；

d、根据初始数据，利用胡克定律及衍生的定律对不同地质构造和不同工程加固围岩和隧道的应变应力、压力、变形收敛量进行计算。

7.根据权利要求6所述的监测的方法，其特征在于，所述初始数据为发生位置变化的受力吊环相对于巷道围岩地面的位置。

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