CN108049904B - 用于井下巷道支护的监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于井下巷道支护的监测系统及监测方法，该系统包括：至少一个压力传感器，安装在锚杆和主棚梁的连接处，用于实时采集锚杆所承受的压力值参数并发送给处理器；定位模块，用于实时采集压力传感器的位置参数，并发送给处理器；处理器，用于判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并根据该压力值参数及压力传感器的位置参数编辑控制指令分别发送至显示装置和报警装置；显示装置，用于接收控制指令，并显示该压力值参数以及与该压力值参数相对应的压力传感器的位置信息；至少一个报警装置，用于接收控制指令并报警。本发明具有节约成本、维护生产和人员安全的优点。
Description
技术领域
本发明涉及矿山开采技术领域，尤其涉及一种用于井下巷道支护的监测系统及监测方法。
背景技术
煤矿井下用的锚杆支护巷道的围岩稳定性的影响因素主要有岩体强度、岩体结构面特征、节理裂隙发育程度、地下水、原岩应力、构造应力、采动影响以及相邻工程扰动。岩体强度、岩体结构面特征、节理裂隙发育程度、地下水以及施工方法影响锚杆的锚固极限承载力；原岩应力、构造应力，采动支承压力及相邻工程扰动直接影响锚杆工作载荷的发挥。巷道支护结构的作用在于改善围岩稳定状态和控制围岩运动的发展速度，以维护安全的工作空间。如图1，位现有技术中巷道支护的结构示意图，该巷道支护结构为：在巷道的圆拱形顶部架设主棚梁2，再沿巷道架设锚杆1和钢支架，在锚杆和钢支架结构中浇筑混凝土4，在混凝土外部架设支护锚杆3进行支护。这种巷道支护结构在实际使用过程中，巷道支护结构中的主棚梁与两帮锚杆为主要承力结构，两者相互影响，共同作为一个支护系统，保持煤帮的稳定性，给顶板支护系统提供了强有力的支点，不会出现煤层片帮而引起巷道跨度增大，导致顶板下沉剧烈、失稳和垮落等现象。同样，顶板保持稳定、完整也有利于煤帮的稳定性和减少变形，两者是相辅相成的，任何一个环节出现问题，都会影响巷道围岩的整体稳定性。现场工程实践表明，一些巷道因锚杆锚固力低、工作载荷低往往会引起所支护巷道围岩的大变形甚至破坏。
现有的井下巷道支护结构无法全面、有效的对巷道围岩的稳定性进行判别；而且对锚杆巷道支护进行大范围的长期监测，往往会引起煤矿企业在人力、物力上的大量消耗，造成生产成本的急剧增加。
因而，现如今缺少一种结构设计合理、使用操作简便且数据处理速度快、智能化程度高、使用效果好的用于井下巷道支护的监测系统及监测方法。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的用于井下巷道支护的监测系统及监测方法。
本发明的一个方面，提供了一种用于井下巷道支护的监测系统，包括：
至少一个压力传感器，安装在锚杆和主棚梁的连接处，用于实时采集锚杆所承受的压力值参数并发送给处理器；
定位模块，用于实时采集压力传感器的位置参数，并发送给处理器；
处理器，安装在混凝土外部架设的支护锚杆上，通过信号传输电缆分别与压力传感器、定位模块连接，用于判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并根据该压力值参数及压力传感器的位置参数编辑控制指令分别发送至显示装置和报警装置；
显示装置，与处理器连接，用于接收控制指令，并显示该压力值参数以及与该压力值参数相对应的压力传感器的位置信息；
至少一个报警装置，与处理器连接，用于接收控制指令并报警。
进一步地，处理器包括判断模块和控制模块，其中，
判断模块，用于判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并将该压力值参数、压力传感器的位置参数发送给控制模块；
控制模块，用于根据接收的压力值参数、以及压力传感器的位置参数编辑控制指令并分别发送至显示装置和报警装置。
进一步地，报警装置安装在终端中。
进一步地，显示装置安装在终端中。
进一步地，报警装置为红、绿两色高频报警灯。
进一步地，处理器为STC15F2K60S2单片机。
本发明的第二个方面，提供了一种用于井下巷道支护的监测方法，包括以下步骤：
利用至少一个安装在锚杆和主棚梁的连接处的压力传感器实时采集锚杆和主棚梁的连接处所承受的压力值参数并发送给处理器；
利用定位模块实时采集压力传感器的位置参数，并发送给处理器；
利用安装在混凝土外部架设的支护锚杆上的处理器判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并根据该压力值参数及压力传感器的位置参数编辑控制指令分别发送至显示装置和报警装置；
利用显示装置接收控制指令，并显示该压力值参数以及与该压力值参数相对应的压力传感器的位置信息；
利用至少一个报警装置接收控制指令并报警。
进一步地，处理器包括判断模块和控制模块，其中，
判断模块用于判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并将该压力值参数，以及压力传感器的位置参数发送给控制模块；
控制模块用于根据接收的压力值参数、以及压力传感器的位置参数编辑控制指令分别发送至显示装置和报警装置。
进一步地，报警装置为红、绿两色高频报警灯。
进一步地，显示装置和报警装置安装在终端中。
本发明提供的用于井下巷道支护的监测系统及监测方法，与现有技术相比具有以下进步：通过多个压力传感器和定位模块确定锚杆所承受的压力及其位置信息，当锚杆承受的压力超出阈值时进行报警，便于工作人员及时加固或进行其他处理。能实时监测整个巷道支护结构中锚杆所受压力的情况，节省人工的工作量，提高了井下巷道支护的稳固性和人员的安全性。具有操作使用简便且智能化程度高的优点。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为现有技术中巷道支护的结构示意图；
图2为本发明实施例中的用于井下巷道支护的监测系统的器件连接框图；
图3为本发明实施例中的用于井下巷道支护的监测方法的步骤图。
图1中的附图标记说明：1-锚杆，2-主棚梁、3-支护锚杆、4-混凝土。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
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，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明实施例提供了用于井下巷道支护的监测系统及监测方法。
图2示意性示出了本发明一个实施例的用于井下巷道支护的监测系统的器件连接框图。参照图2，本发明实施例的一种用于井下巷道支护的监测系统，包括：
至少一个压力传感器，安装在锚杆和主棚梁的连接处，用于实时采集锚杆所承受的压力值参数并发送给处理器；
定位模块，用于实时采集压力传感器的位置参数，并发送给处理器；
处理器，安装在混凝土外部架设的支护锚杆上，通过信号传输电缆分别与压力传感器、定位模块连接，用于判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并根据该压力值参数及压力传感器的位置参数编辑控制指令分别发送至显示装置和报警装置；
显示装置，与处理器连接，用于接收控制指令，并显示该压力值参数以及与该压力值参数相对应的压力传感器的位置信息；
至少一个报警装置，与处理器连接，用于接收控制指令并报警。
其中，处理器分别与压力传感器、定位模块、显示装置、报警装置电连接，一个优选实施例中，处理器通过信号传输电缆分别与压力传感器、定位模块连接。
本发明实施例提供的用于井下巷道支护的监测系统，通过压力传感器和定位模块确定锚杆所承受的压力及其位置信息，当锚杆所受的压力超出预设的安全压力阈值时进行报警，便于工作人员及时加固或其他处理。能实时监测整个巷道支护结构中锚杆所受压力的情况，节省人工的工作量，提高了井下巷道支护结构的稳固性和人员的安全性。具有操作使用简便且智能化程度高的优点。
本发明实施例中，处理器包括判断模块和控制模块，其中，
判断模块，用于判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并将该压力值参数、压力传感器的发送给控制模块；
控制模块，用于根据接收的压力值参数、以及压力传感器的位置参数编辑控制指令并分别发送至显示装置和报警装置。
其中，判断模块分别与压力传感器、定位模块、控制模块电连接，控制模块分别与显示装置、报警装置电连接。
本实施例中，判断模块和控制模块安装在处理器中。有利于简化系统的结构，使结构更加简单、使用操作起来更加方便，有利于提高监测系统的工作效率。
本实施例中，每一个锚杆和主棚梁的连接处均安装有压力传感器，采集每一根锚杆所受的压力参数，由于锚杆收到的压力主要来自于主棚梁，因此将压力传感器安装在锚杆和主棚梁的连接处，采集到的锚杆所受压力参数值更加准确。便于及时加固处理，更能提高巷道支护的安全性和稳定性。
本实施例中，处理器设置在混凝土外部架设的支护锚杆上。将处理器安装在外部，便于及时检修和维护，使监测系统能够正常工作，保证能在较大程度上减小由支护结构不稳定带来的多种实际问题，大幅度提高了煤矿井下环境的安全系数。
本实施例中，报警装置和显示装置均安装在终端中，且报警装置为红、绿两色高频报警灯，处理器为STC15F2K60S2单片机。不仅能够降低整个系统的成本，同时将报警装置和显示装置均安装在井下工作人员携带的终端中，便于随时观察巷道支护结构的稳固性，便于监测系统的工作和维护。
其他实施例中，报警装置和显示装置均安装在混凝土外部的支护锚杆上，显示装置为液晶显示屏，报警装置为红、绿两色的LED灯，成本较低。
本发明实施例的工作过程是：分别在处理器中安装rfid(无线射频识别)发射端、在终端内安装rfid接收端。安装在混凝土外部架设的支护锚杆上的处理器，通过信号传输电缆分别与压力传感器、定位模块连接，当处理器接收到一个压力值参数时，通过判断模块判断该压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，若在，则判断其为安全压力值，将该压力值参数发送给控制模块，由控制模块编辑控制指令通过rfid发射端发送给移动终端内的rfid接收端，rfid接收端将控制指令发送给显示装置和报警装置，通过rfid技术发送的控制指令信息中包含有采集该压力值参数的压力传感器所在位置的信息，显示装置通过rfid接收端解析并显示出该压力值参数及其所在位置信息，报警装置发出绿灯，表示巷道支护结构安全；若判断模块判断该压力值参数不在预设的安全压力阈值内，则判断其为危险压力值，并将该压力值参数发送给控制模块，由控制模块编辑控制指令通过rfid发射端发送给移动终端内的rfid接收端，rfid接收端将控制指令发送给显示装置和报警装置，显示装置通过rfid接收端解析并显示出该危险压力值参数及其所在位置信息，报警装置发出红灯进行报警。本实施例中，报警装置为红、绿两色高频报警灯，压力值参数在预设的安全压力阈值内，则发出绿色高频光信号，反之，则发出红色高频光信号，便于井下工作人员看到。
本实施例中采用的rfid技术，发送端和接收端无需建立机械或光学连接，不需要使用网络，信号好，且不受空间、环境的影响，方便井下工作人员接收到处理器发出的控制指令信息，并根据危险压力值参数及其所在位置信息对巷道支护结构进行加固处理。有效的维护了人员和巷道支护结构的安全。
图3示意性示出了本发明一个实施例的用于井下巷道支护的监测方法的步骤图。参照图3，本发明实施例的用于井下巷道支护的监测方法，包括以下步骤：
步骤S1、利用至少一个安装在锚杆和主棚梁的连接处的压力传感器实时采集锚杆所承受的压力值参数并发送给处理器；
步骤S2、利用定位模块实时采集压力传感器的位置参数，并发送给处理器；
步骤S3、利用安装在混凝土外部架设的支护锚杆上的处理器判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并根据该压力值参数及压力传感器的位置参数编辑控制指令分别发送至显示装置和报警装置；
步骤S4、利用显示装置接收控制指令，并显示该压力值参数以及与该压力值参数相对应的压力传感器的位置信息；
步骤S5、利用至少一个报警装置接收控制指令并报警。
本实施例中的处理器包括判断模块和控制模块，其中，
判断模块判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并将该压力值参数、压力传感器的位置参数发送给控制模块；
控制模块根据接收的压力值参数、以及压力传感器的位置参数编辑控制指令并分别发送至显示装置和报警装置。
本发明实施例的用于井下巷道支护的监测方法通过采集锚杆承受的压力值和所在位置信息，能快速的通知井下工作人员根据锚杆所在位置进行巷道支护结构的维护，有效的提高了井下工作的安全性，具有方法简单、快速有效的优点。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于井下巷道支护的监测系统，其特征在于，包括：
至少一个压力传感器，安装在锚杆和主棚梁的连接处，用于实时采集锚杆所承受的压力值参数并发送给处理器；
定位模块，用于实时采集压力传感器的位置参数，并发送给处理器；
处理器，安装在混凝土外部架设的支护锚杆上，通过信号传输电缆分别与压力传感器、定位模块连接，用于判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并根据该压力值参数及压力传感器的位置参数编辑控制指令分别发送至显示装置和报警装置；
显示装置，与处理器连接，用于接收控制指令，并显示该压力值参数以及与该压力值参数相对应的压力传感器的位置信息；
至少一个报警装置，与处理器连接，用于接收控制指令并报警。
2.根据权利要求1所述的用于井下巷道支护的监测系统，其特征在于，处理器包括判断模块和控制模块，其中，
判断模块，用于判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并将该压力值参数、压力传感器的位置参数发送给控制模块；
控制模块，用于根据接收的压力值参数、以及压力传感器的位置参数编辑控制指令并分别发送至显示装置和报警装置。
3.根据权利要求2所述的用于井下巷道支护的监测系统，其特征在于，报警装置安装在终端中。
4.根据权利要求1或3所述的用于井下巷道支护的监测系统，其特征在于，显示装置安装在终端中。
5.根据权利要求4所述的用于井下巷道支护的监测系统，其特征在于，报警装置为红、绿两色高频报警灯。
6.根据权利要求5所述的用于井下巷道支护的监测系统，其特征在于，处理器为STC15F2K60S2单片机。
7.一种用于井下巷道支护的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用至少一个安装在锚杆和主棚梁的连接处的压力传感器实时采集锚杆和主棚梁的连接处所承受的压力值参数并发送给处理器；
利用定位模块实时采集压力传感器的位置参数，并发送给处理器；
利用安装在混凝土外部架设的支护锚杆上的处理器判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并根据该压力值参数及压力传感器的位置参数编辑控制指令分别发送至显示装置和报警装置；
利用显示装置接收控制指令，并显示该压力值参数以及与该压力值参数相对应的压力传感器的位置信息；
利用至少一个报警装置接收控制指令并报警。
8.根据权利要求7所述的用于井下巷道支护的监测方法，其特征在于，处理器包括判断模块和控制模块，其中，
判断模块用于判断接收的压力值参数是否在预设的安全压力阈值内，并将该压力值参数，以及压力传感器的位置参数发送给控制模块；
控制模块用于根据接收的压力值参数、以及压力传感器的位置参数编辑控制指令分别发送至显示装置和报警装置。
9.根据权利要求8所述的用于井下巷道支护的监测方法，其特征在于，报警装置为红、绿两色高频报警灯。
10.根据权利要求9所述的用于井下巷道支护的监测方法，其特征在于，显示装置和报警装置安装在终端中。
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Effective date of registration: 20190813 Address after: Room 101, 7 Jinxing Garden, Lucheng District, Wenzhou City, Zhejiang Province Applicant after: Cai Haiqiang Address before: 519000 Building-1, Hengqin Financial Industry Development Base, Zhuhai City, Guangdong Province (Centralized Office District) Applicant before: Heptachord Hengqin Intellectual Property Services Limited |
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Effective date of registration: 20200428 Address after: Room c506a-19, University Business Park, No. 99, University Road, Xuzhou hi tech Industrial Development Zone, Xuzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Xuzhou Tiancheng Intelligent Technology Co., Ltd Address before: Room 101, 7 Jinxing Garden, Lucheng District, Wenzhou City, Zhejiang Province Patentee before: Cai Haiqiang |
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