CN107656269A - 一种围岩稳定情况检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种围岩稳定情况检测方法，当采空区围岩有局部松动和失稳的情况时，会掉落石头，雷达装置捕捉到石头掉落信号并将信号传入数据转换器中转化成电信号，再通过CAN总线通讯线路连接至地面计算机，通过计算机对电信号进行实时分析处理，从而判定围岩的稳定性情况。本发明的优点是原理简单，使用方便，能提前提供围岩失稳状态，利于指导现场生产、施工方案和科研工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测方法，具体是一种围岩稳定情况检测方法。
背景技术
国内外一些厚大矿体金属矿山的独立空区体积达数万立方米至数十万立方米,不少矿山矿区相继从局部突然崩落发展到大范围的突然崩落并引起地表大范围的岩移,有的造成了较严重的破坏,有的仍然威胁矿山的安全生产。及时为矿区施工开采提供安全信息,确保生产过程中人员和设备的安全，必须通过监控量测实现信息化监测。通过超前预报和监控量测可以达到如下目的:1)掌握围岩地压发展动态,对施工有影响的顶板冒顶、巷道片帮地压活动等情况,提前报警,以便安全施工；2)对巷道施工存在安全隐患的段,及时变更设计和施工方案。近年来，对围岩地质变形和稳定的监测越来越受到重视，现有矿山采空区围岩监测有应变监测和声发射监测等，光纤光栅应力监测系统和声发射监测系统虽然都能监测到采空区围岩状态，但都存在井下安装施工困难，价格昂贵，不能后期移动，后期维护困难的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种原理简单，使用方便的围岩稳定情况检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种围岩稳定情况监测系统的检测方法，其主要步骤如下：当采空区围岩有局部松动和失稳的情况时，会掉落石头，雷达装置捕捉到石头掉落信号并将信号传入数据转换器中转化成电信号，再通过CAN总线通讯线路连接至地面计算机，通过计算机对电信号进行实时分析处理，从而判定围岩的稳定性情况。
进一步的：其具体主要步骤如下：
1)安装雷达装置；
2)试运行一定时间，记录下围岩每次掉落的时间，设定一段时间t为单位时间，统计每个单位时间t内掉落的频率Ni，也就是单位时间内掉落的次数，并得到其中频率的最大值，将频率最大值定为速率控制极限值Nmix；所述掉落次数的统计排除生产爆破时产生的围岩掉落数据；
3)正式运行阶段获取当前单位时间t的当前速率控制值Nt；
4)比对当前速率控制值Nt和速率控制极限值Nmix的关系；得到相应的报警信号。进一步的：其报警信号的判断方法如下：
当Nt为Nmix的1-1.5倍时，进入一级预警；
当Nt为Nmix的1.5-2倍时，进入二级预警；
当Nt为Nmix的2倍以上时，进入三级预警。
进一步的：在试运行阶段同时记录累计时间D(D≤24h)内掉落频率的总和得到稳定累计控制值Sn，D表示相邻的n个单位时间t内的和，稳定累计控制值Sn为累计时间D内的n个单位时间t的频率Ni的和，其中D＝n*t；比较试运营期间内稳定累计控制值Sn找到最大值并将其定为累计控制极限值Smix；其中统计数据排除生产爆破时产生的围岩掉落数据；
正式获取运行阶段累计时间D累计掉落的当前累计控制值St；比对累计控制极限值Smix和当前累计控制值St关系；得到相应的报警信号。
进一步的：其报警信号的判断方法如下：
当St为Smix的70％-85％时一级预警；
当St为Smix的85％-100％时二级预警；
当St为Smix的100％以上时三级预警。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本围岩稳定情况检测方法通过雷达检测围岩掉落情况，并记录掉落数据，再通过比对当前时间段的掉落频率以及累计掉落频率实现实时监控围岩稳定情况，本方法原理简单，使用方便，能提前提供围岩失稳状态，利于指导现场生产、施工方案和科研工作。
附图说明
图1为围岩稳定情况监测系统的结构示意图。
图2为围岩稳定情况监测系统中雷达检测角度调整机构的结构示意图。
图3为图2的右视图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1，一种围岩稳定情况监测系统，包括雷达装置1、数据转换器2、雷达水平基座3、CAN总线通讯线路4、计算机5和雷达检测角度调整机构6；
所述雷达装置1用于采集围岩掉落信号，所述雷达装置1通过检测角度调整机构6固定安装在雷达水平基座3上，所述雷达装置1固定在雷达检测角度调整机构6上，雷达检测角度调整机构6固定在雷达水平基座3上，雷达水平基座3安装在采空区100边缘的稳定围岩上，雷达检测监督调整机构6用于调整雷达装置1监控区域；
所述雷达装置1所在的安装平面与雷达水平基座3所在的平面呈45°角斜交；所述雷达装置1的倾斜面朝向采空区100截面的中心位置；雷达装置1散射面积为左右178度，上下45度角，所以将雷达装置1所在的安装平面与雷达水平基座3所在的平面呈45°角斜交能够使雷达装置1检测到更广的范围；当采空区100围岩稳定性有所破环时，围岩会有小面积或零星的石头冒落，雷达装置1就能检测到石头冒落情况，围岩每掉落一次就会触动雷达装置1，此时记录一次数据；
所述雷达装置1连接至数据转换器2；数据转换器2通过CAN总线通讯线路4连接至计算机5，数据转换器2将雷达装置1收集到的信号转化后然后通过CAN总线通讯线路4传递给计算机5进行实时分析处理及监控。当采空区100围岩有局部松动和失稳的情况时，会掉落石头，雷达装置1捕捉到石头掉落信号并将信号传入数据转换器2中转化成电信号，再通过CAN总线通讯线路4连接至地面计算机5，通过计算机5对电信号进行实时分析处理及监控；
请参阅图2-3，所述雷达检测角度调整机构6包括支撑板61、角度调节板62和锁紧装置63，所述支撑板61竖直安装在雷达水平基座3上，支撑板61与角度调节板62通过紧固螺栓64铰连接；所述角度调节板62与雷达装置1固定连接，支撑板61能够绕着紧固螺栓64转动；
所述锁紧装置63包括锁紧螺栓631和锁紧螺母632，所述锁紧螺栓631固定在角度调节板62上；所述支撑板61上设置有与锁紧螺栓631位置相对应的滑槽611，锁紧螺栓631滑动在滑槽611内，所述滑槽611呈弧形；锁紧螺栓631穿过滑槽611与锁紧螺母632螺纹连接，锁紧螺母632与锁紧螺栓631采用螺纹连接；当角度调节板62绕着支撑板61转动的时候锁紧螺栓631沿着滑槽611滑动，从而调整雷达装置1所在平面的朝向，使雷达装置1所在平面与雷达水平基座3所在平面的夹角为45°，以使雷达装置1的检测范围达到最大，调整好位置后将锁紧螺母632旋紧在锁紧螺栓631上，从而使角度调节板62与支撑板61角度固定，通过雷达角度调整机构6能够迅速调整雷达装置1的安装位置，从而方便整个装置的安装；
所述支撑板61固定在固定底板66上，固定底板66通过膨胀螺栓固定在雷达水平基座3上；通过固定底板66的设置方便了支撑板61与雷达水平基座3的安装固定；
所述支撑板61与固定底板66之间还设置有加固板67，所述加固板67呈直角三角形，三角形的一直角边与支撑板61固定连接，三角形的另一直角边与固定底板66固定连接；
所述支撑板61共设置有两个，两个支撑板61并排设置，所述角度调节板61夹在两个支撑板61之间；这样设计的目的是使整个装置更加的牢固；
一种围岩稳定情况监测系统的检测方法，其主要步骤如下：
1)安装雷达装置，通过调节雷达检测角度调整机构将雷达装置调整到最大检测范围位置，然后将雷达装置通过信号转换单元和数据传输单元连接至电脑分析系统，从而搭建完整个系统；
2)试运行1-2个月时间，记录下围岩每次掉落的时间，设定单位时间为1小时，统计试运营期间每个1小时内掉落的频率为Ni，也就是每个单位时间内掉落的次数，并得到试运营期间频率的最大值，将频率最大值定为速率控制极限值Nmix；所述掉落次数的统计排除生产爆破时产生的围岩掉落数据；
同时记录每个累计时间24小时内频率的总和得到稳定累计控制值Sn，稳定累计控制值Sn为累计时间24小时内的所有单位时间的频率Ni的和，Sn＝N1+N2+N3+N4…+Ni+…+N24；其中Ni表示累计时间24小时内某一单位时间内频率值，记录试运营区间所有累计控制值Sn的最大值，然后将其定为累计控制极限值Smix；其中统计数据排除生产爆破时产生的围岩掉落数据；
3)正式运行阶段获取当前单位时间1小时的当前速率控制值Nt和过去累计时间24小时累计掉落的当前累计控制值St；
4)比对当前速率控制值Nt和速率控制极限值Nmix的关系同时比对累计控制极限值Smix和当前累计控制值St关系；
当Nt为Nmix的1倍时，或者St为Smix的70％时黄色预警；
当Nt为Nmix的1.5倍时，或者St为Smix的85％时橙色预警；
当Nt为Nmix的2倍时，或者St为Smix的100％时红色预警。
方法中的单位时间设定根据实际情况进行设定，可以设定为30分钟或者15分钟；累计时间也可以根据实际情况进行设定。
本围岩稳定情况监测系统的工作原理为：当采空区100围岩有局部松动和失稳的情况时，会掉落石头，雷达装置1捕捉到石头掉落信号并将信号传入数据转换器2中转化成电信号，再通过CAN总线通讯线路4连接至地面计算机5，通过计算机5对电信号进行实时分析处理及监控，从而判定围岩的稳定性情况。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (5)
1.一种围岩稳定情况检测方法，其特征在于，当采空区围岩有局部松动和失稳的情况时，会掉落石头，雷达装置捕捉到石头掉落信号并将信号传入数据转换器中转化成电信号，再通过CAN总线通讯线路连接至地面计算机，通过计算机对电信号进行实时分析处理，从而判定围岩的稳定性情况。
2.如权利要求1所述的一种围岩稳定情况监测方法，其特征在于，其具体主要步骤如下：
1)安装雷达装置；
2)试运行一定时间，记录下围岩每次掉落的时间，设定一段时间t为单位时间，统计每个单位时间t内掉落的频率Ni，也就是单位时间内掉落的次数，并得到其中频率的最大值，将频率最大值定为速率控制极限值Nmix；所述掉落次数的统计排除生产爆破时产生的围岩掉落数据；
3)正式运行阶段获取当前单位时间t的当前速率控制值Nt；
4)比对当前速率控制值Nt和速率控制极限值Nmix的关系；得到相应的报警信号。
3.如权利要求2所述的一种围岩稳定情况监测方法，其特征在于，其报警信号的判断方法如下：
当Nt为Nmix的1-1.5倍时，进入一级预警；
当Nt为Nmix的1.5-2倍时，进入二级预警；
当Nt为Nmix的2倍以上时，进入三级预警。
4.如权利要求2所述的一种围岩稳定情况监测方法，其特征在于，在试运行阶段同时记录累计时间D(D≤24h)内掉落频率的总和得到稳定累计控制值Sn，D表示相邻的n个单位时间t内的和，稳定累计控制值Sn为累计时间D内的n个单位时间t的频率Ni的和，其中D＝n*t；比较试运营期间内稳定累计控制值Sn找到最大值并将其定为累计控制极限值Smix；其中统计数据排除生产爆破时产生的围岩掉落数据；
正式获取运行阶段累计时间D累计掉落的当前累计控制值St；比对累计控制极限值Smix和当前累计控制值St关系；得到相应的报警信号。
5.如权利要求4所述的一种围岩稳定情况监测方法，其特征在于，其报警信号的判断方法如下：
当St为Smix的70％-85％时一级预警；
当St为Smix的85％-100％时二级预警；
当St为Smix的100％以上时三级预警。
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2017
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