CN107560590A - 一种移动煤岩体变形监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动煤岩体变形监测系统，该系统包括信息采集端、中转基站和信息接收端，信息采集端包括活动单元和控制单元，活动单元与控制单元连接；活动单元包括锚爪和转动副，锚爪与转动副连接，转动副用于限制锚爪的转动角度；控制单元包括位移记录单元、操作单元和电源模块，所述位移记录单元、操作单元和电源模块依次连接，位移记录单元用于记录所述活动单元的位移量，操作单元用于将所述位移量转换为数字信号并通过中转基站将所述数字信号传输至信息接收端。本发明可监测矿井工作面推进过程中煤壁的变形量，对煤壁变形、破坏等信息进行有效识别，提高采场围岩控制水平，有利于保障工作面安全生产。

Description

一种移动煤岩体变形监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及煤岩体监测技术领域，尤其涉及一种移动煤岩体变形监测系统及其监测方法。

背景技术

根据我国浅部煤炭资源枯竭和国家煤炭战略西移的特点，煤炭深部开采和厚煤层大采高开采将会成为行业发展的方向，同时深部开采和大采高开采会导致上覆岩层的移动范围和破坏程度随之增大，基本顶来压更剧烈，大面积、大深度的煤壁片帮现象也更加普遍，严重威胁工作面人员的安全、影响工作面设备的正常使用和维护、降低工作面产量和经济效益。因此，实时监测煤壁动态，对煤壁片帮前兆信息识别具有重要意义。

目前，很多学者对采煤工作面煤体变形开发了一些装置及方法。中国专利公开号CN102540275A，公开日期2012-07-04。专利名称为“采煤工作面煤体扩容探测器及探测方法”。该申请是利用固定在钻孔内带有刻度线的两个不同直径的钢管受到煤体变形产生的相对位移来实现对煤体变形的表示，该方法虽然可以监测不同时刻的煤体变形量，但是需要掘进专用巷道，施工复杂，并且无法实时的记录数据，只能靠工作面人员读取数据；专利公开号CN105588539A，公开日期为2016年5月18日。专利名称为“一种在线监测煤体横向变形装置及其监测方法”。该方法是在回采工作面煤帮上打孔，利用推杆将带有位移感应片的液压式横向位移测定仪安装在指定位置，通过计算机获取煤壁的相对位移。虽然该方案可以动态监测煤体位移，但是并不能测量出较小的位移变化，该装置本身的局限性造成测量精度不够，并且该方案的施工方法较为复杂。

综上所述，现有的煤壁变形监测装置安装程序复杂，影响因素多，准确度和精度不够。

发明内容

为了更好的监测采煤工作面煤壁变形，本发明提供了一种移动煤岩体变形监测系统，该系统完善了传统的煤壁变形监测设备，简化了安装程序，提高了测量的精度和准确度，测量精度可以达到0.01cm，可以有效监测到小裂隙的出现。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种移动煤岩体变形监测系统，包括信息采集端，所述信息采集端包括活动单元和控制单元，所述活动单元与所述控制单元连接；

所述活动单元包括锚爪和转动副，所述锚爪与所述转动副连接，所述转动副用于限制所述锚爪的转动角度；

所述控制单元包括位移记录单元、操作单元和电源模块，所述位移记录单元与所述操作单元连接，所述操作单元与所述电源模块连接，所述位移记录单元用于记录所述活动单元的位移量，所述操作单元用于将所述位移量转换为数字信号并发出。

进一步地，所述锚爪包括尖端和圆端，所述圆端与所述转动副连接，所述尖端嵌入煤体中并与所述煤体产生相同的位移，所述锚爪的转动角度为0°～90°。

进一步地，所述锚爪的设置数量为一个或多个，每个所述锚爪上设置弹性连接件，所述弹性连接件用于将压缩状态下的锚爪恢复原状。

进一步地，所述活动单元的设置数量为一个或多个，每个所述活动单元依次连接。

进一步地，所述位移记录单元包括位移传感器和卷绳装置，所述位移传感器与所述卷绳装置连接，所述卷绳装置与所述活动单元设置连接线，所述位移传感器记录所述活动单元的位移量。

进一步地，所述位移传感器的设置数量为一个或者多个，所述位移传感器每隔设定时间采集一次位移量。

进一步地，所述操作单元包括模数转换器、储存器和第一无线收发器，所述模数转换器、储存器和第一无线收发器依次连接，所述模数转换器用于将所述位移传感器记录的位移量转化为数字信号，并存入所述储存器，所述第一无线收发器用于将所述储存器中的数字信号发出。

进一步地，所述控制模块设有保护外壳，所述保护外壳上设有一个或多个锚爪和挡板，所述锚爪设有弹性连接件，所述弹性连接件用于将压缩状态下的锚爪恢复原状，所述挡板用于所述系统的安装。

进一步地，所述的系统还包括中转基站和信息接收端；所述中转基站与所述信息接收端连接，所述信息采集端与所述中转基站连接；

所述中转基站包括第二无线收发器和电源模块，所述第二无线收发器与所述电源模块连接，所述中转基站用于延长数字信号传递的长度；所述第二无线收发器用于将所述信息接收端发送的设定指令转发至所述信息采集端和接收所述信息采集端发送的数字信号；

所述信息接收端包括第三无线收发器、显示装置和电源模块；所述第三无线收发器、显示装置和电源模块依次连接，所述第三无线收发器用于向所述中转基站发送设定指令和接收所述中转基站发送的数字信号，所述显示装置用于显示所述接收到的数字信号。

一种移动煤岩体变形的监测方法，该方法包括：

S1：在需要测试变形的煤岩体处打设定深度和设定直径的孔；

S2：将本发明所述系统的活动单元依次放入设定套筒里，此时活动单元的所有锚爪为压缩状态；

S3：将本发明所述系统的控制单元先放入孔内，此时所述控制单元保护外壳上的锚爪为压缩状态；

S4：采用设定安装杆推动套筒，所述套筒的直径小于保护外壳上挡板与挡板之间的距离，即套筒推动挡板，直至将信息采集端安装在指定位置；

S5：将本发明所述系统的信息采集端与所述中转基站无线连接，所述中转基站与所述信息接收端无线连接，所述信息接收端对所述中转基站发送设定指令，所述中转基站将所述设定指令转送至所述信息采集端，所述信息采集端的第一无线收发器按照所述设定指令将储存器中的数字信号发送至所述中转基站，所述中转基站再将所述数字信号发送至所述信息接收端。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明可远程监测煤岩体内部变形量，可有效监测煤岩体稳定性，有利于保障工作面安全生产。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种移动煤岩体变形监测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种移动煤岩体变形监测系统的活动单元结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种移动煤岩体变形监测系统的位移记录单元示意图；

图4为本发明实施例提供的一种移动煤岩体变形监测系统的操作单元示意图；

图5为本发明实施例提供的用于安装本发明所述系统的安装杆结构示意图。

【附图说明】

1锚爪；2弹性连接件；3转动副；4连接线；5位移记录单元；501位移传感器；502卷绳装置；6操作单元；601模数转换器；602储存器；603第一无线收发器；7电源模块；8电缆；9保护外壳；10挡板；11中转基站；1101第二无线收发器；12信息接收端；13套筒；14连接螺纹槽；15安装杆。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一：

图1为本发明实施例提供的一种移动煤岩体变形监测系统的结构示意图；如图1所示：

一种移动煤岩体变形监测系统，该系统包括信息采集端，所述信息采集端包括活动单元和控制单元，所述活动单元与所述控制单元连接；

在一个具体的实施例中，所述控制单元包括位移记录单元5、操作单元6和电源模块7，所述位移记录单元5与所述操作单元6连接，所述操作单元6与所述电源模块7连接，所述位移记录单元5用于记录所述活动单元的位移量，所述操作单元6用于将所述位移量转换为数字信号并发出。

在一个具体的实施例中，所述活动单元的设置数量为一个或多个，每个所述活动单元依次连接。在实际工作中，采煤机割煤时，活动单元的连接线被割断，最前面的活动单元失效，但是后边的活动单元仍然有效，可继续监测。

图3为本发明实施例提供的一种移动煤岩体变形监测系统的位移记录单元示意图；

在一个具体的实施例中，所述位移记录单元5为位移传感器501和卷绳装置502，所述位移传感器501与所述卷绳装置502连接，所述卷绳装置502与所述活动单元设置连接线4，所述位移传感器501记录所述活动单元的位移量。

在一个具体的实施例中，卷绳装置502可以为一个卷绳器。

在一个具体的实施例中，所述连接线4为尼龙绳，所述尼龙绳的直径为2mm～30mm。

本领域技术人员应能理解上述连接线仅为举例，其他现有的或今后可能出现的上述连接线如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

在一个具体的实施例中，所述位移传感器5的设置数量为一个或者多个，所述位移传感器5每隔设定时间采集一次位移量。

在一个具体的实施例中，所述设定时间可以为10s。

图2为本发明实施例提供的一种移动煤岩体变形监测系统的活动单元结构示意图；如图2所示：

在一个具体的实施例中，所述活动单元包括锚爪1和转动副3，所述锚爪1与所述转动副3连接，所述转动副3用于限制所述锚爪1的转动角度；

在一个具体的实施例中，所述锚爪1包括尖端和圆端，所述圆端与所述转动副3连接，所述尖端嵌入煤体中并与所述煤体产生相同的位移，所述锚爪1的转动角度为0°～90°。

在一个具体的实施例中，所述锚爪1的设置数量为一个或多个，每个所述锚爪1上设置弹性连接件2，所述弹性连接件2用于将压缩状态下的锚爪1恢复原状。

图4为本发明实施例提供的一种移动煤岩体变形监测系统的操作单元示意图；如图4所示：

在一个具体的实施例中，所述操作单元6包括模数转换器601、储存器602和第一无线收发器603，所述模数转换器601用于将所述位移传感器5记录的位移量转化为数字信号，并存入所述储存器602，所述第一无线收发器603用于将所述数字信号发出。

在一个具体的实施例中，所述位移传感器501、模数转换器601、储存器602、第一无线收发器603和电源模块7之间通过电缆线8连接，用于电能量流通。

在一个具体的实施例中，所述控制模块设有保护外壳9，所述保护外壳9上设有一个或多个锚爪1和挡板10，所述锚爪1设有弹性连接件2，所述弹性连接件2用于将压缩状态下的锚爪1恢复原状，所述挡板10用于所述系统的安装。

在一个具体的实施例中，所述保护外壳9为金属外壳或其它硬材质外壳，起到防护作用。

本领域技术人员应能理解上述控制单元各部件的连接顺序和连接方式仅为举例，其他现有的或今后可能出现的上述控制单元各部件的连接顺序和连接方式如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

本发明所述的移动煤岩体变形监测系统还包括中转基站11和信息接收端12；

在一个具体的实施例中，所述中转基站11包括第二无线收发器1101和电源模块7，所述中转基站11用于延长数字信号传递的长度；

在一个具体的实施例中，所述信息接收端12包括第三无线收发器、显示装置和电源模块7；所述第三无线收发器用于向所述中转基站10发送指令和接收数字信号，所述显示装置用于显示所述接收到的数字信号。

在一个具体的实施例中，所述信息接收端12为一部手机，将专用软件置于智能手机上，通过蓝牙连接中转基站11，通过手机软件发送相应指令，从而接收信息。

在一个具体的实施例中，上述的电源模块是电压为3.7V的锂电源模块。实施例二：

图5为本发明实施例提供的用于安装本发明所述系统的安装杆结构示意图，采用图5所示的安装杆对本发明所述系统进行安装使用，其具体步骤如下：

S1：在需要测试变形的煤岩体处打设定深度和设定直径的孔；

活动单元中的锚爪在非压缩状态下的直径大于孔的直径。

S2：将所述系统的活动单元依次放入设定套筒里，此时活动单元的所有锚爪为压缩状态；

S3：将所述系统的控制单元先放入孔内，此时所述控制单元保护外壳9上的锚爪为压缩状态；

S4：采用设定安装杆15推动套筒13，所述套筒的直径小于保护外壳9上挡板10与挡板10之间的距离，即套筒13推动挡板10，然后不断的接长安装杆15，直至将信息采集端安装在指定位置；

S5：将所述系统的信息采集端与所述中转基站连接，所述中转基站与信息接收端连接，所述信息接收端对所述中转基站发送设定指令，所述中转基站将设定指令转送到所述信息采集端，所述信息采集端的第一无线收发器按照指令将储存器中的数字信号发送至所述中转基站，所述中转基站再将所述数字信号发送至所述信息接收端。

在一个具体的实施例中，将所述系统的信息采集端与所述中转基站连接，所述中转基站与信息接收端连接，所述的连接方式是无线连接。

安装杆15每根长度1米，第一根杆分为杆头和杆体，杆头是50cm长的套筒13，杆体是带有刻度的圆柱体形安装杆15，每个安装杆15上均设有连接螺纹槽14，所述连接螺纹槽14用于拼接加长安装杆15。

本发明所述系统的信息采集端活动单元的锚爪1嵌入移动煤岩体内，当煤岩体受到扰动，发生变形或破坏时，锚爪1随着煤岩体产生协调变形，锚爪1也会移动，控制单元的位移记录单元5中设有卷绳器502，活动单元之间的尼龙绳4长度可变，随着锚爪1的移动，信息采集端的控制单元中位移记录单元可以将锚爪1相对位移记录下来，通过操作单元6将电信号转变为数字信号，并存储起来；需要获取数据的时候，通过手机上的软件发送命令指令，中转基站11接到命令后从信息采集端控制单元的储存器中调取数据，然后传输到手机软件上，从而获取位移数据。

在煤矿领域的实际应用中，在煤矿采煤工作面煤壁上打孔，将该系统安装到指定位置，信息采集端中活动单元的锚爪嵌入工作面移动煤壁，当采煤机割煤的同时，会割断两个活动单元之间的连接线，但是本发明所述系统可同时设置多个活动单元，当安装在最外侧的活动单元失效，其他活动单元仍然可以实现位移量监测。

综上所述，本发明实施例可监测矿井工作面推进过程中煤壁的变形量，对煤壁变形、破坏等信息进行有效识别，提高采场围岩控制水平，有利于保障工作面安全生产。该系统完善了传统的煤壁变形监测设备，简化了安装程序，提高了测量的精度和准确度，测量精度可以达到0.01cm，可以有效监测到小裂隙的出现。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种移动煤岩体变形监测系统，其特征在于，包括信息采集端，所述信息采集端包括活动单元和控制单元，所述活动单元与所述控制单元连接；

所述活动单元包括锚爪和转动副，所述锚爪与所述转动副连接，所述转动副用于限制所述锚爪的转动角度；

所述控制单元包括位移记录单元、操作单元和电源模块，所述位移记录单元与所述操作单元连接，所述操作单元与所述电源模块连接，所述位移记录单元用于记录所述活动单元的位移量，所述操作单元用于将所述位移量转换为数字信号并发出。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锚爪包括尖端和圆端，所述圆端与所述转动副连接，所述尖端嵌入煤体中并与所述煤体产生相同的位移，所述锚爪的转动角度为0°～90°。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述锚爪的设置数量为一个或多个，每个所述锚爪上设置弹性连接件，所述弹性连接件用于将压缩状态下的锚爪恢复原状。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述活动单元的设置数量为一个或多个，每个所述活动单元依次连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述位移记录单元包括位移传感器和卷绳装置，所述位移传感器与所述卷绳装置连接，所述卷绳装置与所述活动单元设置连接线，所述位移传感器记录所述活动单元的位移量。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述位移传感器的设置数量为一个或者多个，所述位移传感器每隔设定时间采集一次位移量。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述操作单元包括模数转换器、储存器和第一无线收发器，所述模数转换器、储存器和第一无线收发器依次连接，所述模数转换器用于将所述位移传感器记录的位移量转化为数字信号，并存入所述储存器，所述第一无线收发器用于将所述储存器中的数字信号发出。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制模块设有保护外壳，所述保护外壳上设有一个或多个锚爪和挡板，所述锚爪设有弹性连接件，所述弹性连接件用于将压缩状态下的锚爪恢复原状，所述挡板用于所述系统的安装。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的系统还包括中转基站和信息接收端；所述中转基站与所述信息接收端连接，所述信息采集端与所述中转基站连接；

所述中转基站包括第二无线收发器和电源模块，所述第二无线收发器与所述电源模块连接，所述中转基站用于延长数字信号传递的长度；所述第二无线收发器用于将所述信息接收端发送的设定指令转发至所述信息采集端和接收所述信息采集端发送的数字信号；

所述信息接收端包括第三无线收发器、显示装置和电源模块；所述第三无线收发器、显示装置和电源模块依次连接，所述第三无线收发器用于向所述中转基站发送设定指令和接收所述中转基站发送的数字信号，所述显示装置用于显示所述接收到的数字信号。

10.一种移动煤岩体变形的监测方法，其特征在于，包括：

S1：在需要测试变形的煤岩体处打设定深度和设定直径的孔；

S2：将权利要求1或9任意一项所述系统的活动单元依次放入设定套筒里，此时活动单元的所有锚爪为压缩状态；

S3：将权利要求1或9任意一项所述系统的控制单元先放入孔内，此时所述控制单元保护外壳上的锚爪为压缩状态；

S4：采用设定安装杆推动套筒，所述套筒的直径小于保护外壳上挡板与挡板之间的距离，即套筒推动挡板，直至将信息采集端安装在指定位置；

S5：将权利要求1或9任意一项所述系统的信息采集端与所述中转基站无线连接，所述中转基站与所述信息接收端无线连接，所述信息接收端对所述中转基站发送设定指令，所述中转基站将所述设定指令转送至所述信息采集端，所述信息采集端的第一无线收发器按照所述设定指令将储存器中的数字信号发送至所述中转基站，所述中转基站再将所述数字信号发送至所述信息接收端。