CN114413766B - 一种煤矿巷道矿压监测方法及监测系统 - Google Patents

Abstract

一种煤矿巷道矿压监测方法，包括：S1、确定监测范围，并且在监测范围中标记监测对象；S2、在支护装置上设置用于监测支护装置载荷的测力计，在围岩中嵌设用于监测围岩变形的多点位移计；S3、监测时长达到设定值后，基于巷道表面形状的变化情况确定巷道表面变形量、基于测力计的数值变化情况确定支护装置载荷量、基于多点位移计的数值变化情况确定围岩变形量。一种煤矿巷道矿压监测系统，包括多个用于监测支护装置载荷的测力计和至少一个用于监测围岩变形的多点位移计；多点位移计包括嵌设在围岩中的方管和多个滑动设置在方管上的滑动块，滑动块上还伸缩设置有用于连接围岩的钻头。本发明采用了新的多点位移计，更加灵活和便于使用。

Description

一种煤矿巷道矿压监测方法及监测系统

技术领域

本发明涉及巷道矿压监测技术领域，具体的说是一种煤矿巷道矿压监测方法及监测系统。

背景技术

矿压监测主要是对巷道内的支护系统以及围岩的变形情况进行监测，使保证安全性的重要手段。现有技术中，矿压监测主要监测巷道内壁、支护装置和围岩，其中针对围岩主要采用多点位移计进行变形量监测，现有的多点位移计采用多个测杆，每个测杆连接一个监测头，监测头固定在围岩的不同位置上，这种多点位移计的灵活度差，无法根据实际的监测需求灵活调整监测点数量和位置。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种煤矿巷道矿压监测方法及监测系统，能够对巷道表面、围岩和支护装置进行监测，并且采用了新的多点位移计，更加灵活和便于使用。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种煤矿巷道矿压监测方法，所述方法包括如下步骤：

S1、确定监测范围，并且在监测范围中标记监测对象，监测对象包括巷道表面、支护装置和围岩；

S2、在支护装置上设置用于监测支护装置载荷的测力计，在围岩中嵌设用于监测围岩变形的多点位移计；

S3、监测时长达到设定值后，基于巷道表面形状的变化情况确定巷道表面变形量、基于测力计的数值变化情况确定支护装置载荷量、基于多点位移计的数值变化情况确定围岩变形量。

一种煤矿巷道矿压监测系统，包括多个用于监测支护装置载荷的测力计和至少一个用于监测围岩变形的多点位移计；

所述多点位移计包括嵌设在围岩中的方管和多个滑动设置在方管上的滑动块，方管的周侧壁与围岩之间留有用于容纳滑动块的间隙，方管的内部固定设置有沿长度方向延伸的感应条，感应条上固定设置有多个沿长度方向均匀分布的光传感器，方管的侧壁上开设有沿长度方向延伸的通槽，滑动块固定连接有激光头，激光头发出的光线穿过通槽照射在感应条上，滑动块上还伸缩设置有用于连接围岩的钻头。

作为上述煤矿巷道矿压监测系统的进一步优化：所述方管的一端固定连接有顶板，顶板背向方管的一侧固定连接有球面顶头，方管的另一端固定连接有安装板，安装板通过若干个紧固螺钉与围岩表面固定连接。

作为上述煤矿巷道矿压监测系统的进一步优化：所述顶板与所述安装板之间可拆卸连接有用于对所述滑动块进行定位的定位管，定位管的外壁上可拆卸连接有多个定位组件，定位组件包括伸缩设置的限位筒，限位筒伸出时在定位管的外壁上形成凸起，相邻的两个凸起之间形成用于夹持滑动块的夹持空间。

作为上述煤矿巷道矿压监测系统的进一步优化：所述定位管的外壁上开设有多个沿长度方向均匀分布的螺孔，定位管上还穿设有多个对应伸入到螺孔中的出气管，出气管中固定设置有单向阀，并且单向阀的导通方向为从定位管的外部到内部的方向，所述定位组件包括可拆卸设置在螺孔中的外螺纹管，外螺纹管的内部固定设置有基板，基板上穿设有用于开启单向阀的导气管，所述限位筒滑动设置在外螺纹管中，限位筒朝向定位管外部的一端封闭并且通过第二弹簧与基板相连接，定位管靠近所述安装板的一端连通有通气管。

作为上述煤矿巷道矿压监测系统的进一步优化：所述滑动块上开设有盲孔，盲孔的盲端固定设置有电磁铁，盲孔中滑动设置有永磁体，永磁体固定连接有用于驱动所述钻头的电机，钻头朝向盲孔的开口。

作为上述煤矿巷道矿压监测系统的进一步优化：所述盲孔中固定设置有隔板，隔板位于所述电磁铁和所述永磁体之间，隔板和永磁体之间连接有第一弹簧。

作为上述煤矿巷道矿压监测系统的进一步优化：所述隔板固定连接有朝向所述永磁体的套筒，套筒靠近永磁体的一端的内壁上固定设置有限位环，永磁体固定连接有朝向隔板的随动杆，随动杆伸入到套筒中后固定连接有固定环。

有益效果：本发明能够对巷道表面、围岩和支护装置进行监测，从而能够实时掌握巷道的支护情况，并且在支护强度不足时及时对支护方案进行调整，提升安全性，并且本发明的监测系统采用了新的多点位移计，根据实际的监测需求，可以灵活调整滑动块的数量和位置，来对不同的围岩监测点进行监测，监测结果更加准确，并且便于使用

附图说明

图1是多点位移计的整体结构示意图；

图2是图1中A部分的放大图；

图3是滑动块的内部结构示意图；

图4是图3中B部分的放大图；

图5是定位管的结构示意图；

图6图5中C部分的放大图。

附图说明：1-球面顶头，2-顶板，3-方管，4-滑动块，5-紧固螺钉，6-安装板，7-通气管，8-定位管，9-钻头，10-定位组件，11-充电接口，12-线缆固定板，13-缺口，14-感应条，15-光传感器，16-通槽，17-透明保护板，18-激光头，19-电池，20-盲孔，21-电磁铁，22-隔板，23-第一弹簧，24-永磁体，25-电机，26-支撑板，27-随动杆，28-固定环，29-套筒，30-限位环，31-插块，32-出气管，33-单向阀，34-螺孔，35-扩口，36-外螺纹管，37-导气管，38-基板，39-延伸杆，40-操作杆，41-第二弹簧，42-限位筒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种煤矿巷道矿压监测方法，方法包括S1至S3。

S1、确定监测范围，并且在监测范围中标记监测对象，监测对象包括巷道表面、支护装置和围岩。具体地说，巷道表面包括巷道顶面、巷道底面和两个巷道帮面，在本实施例中，利用十字观测法对巷道表面进行监测，选定巷道顶面的中点、巷道底面的中点和巷道帮面的中点作为观测点。支护装置包括锚杆和锚索，锚杆和锚索均为监测对象。

S2、在支护装置上设置用于监测支护装置载荷的测力计，在围岩中嵌设用于监测围岩变形的多点位移计。

S3、监测时长达到设定值后，基于巷道表面形状的变化情况确定巷道表面变形量、基于测力计的数值变化情况确定支护装置载荷量、基于多点位移计的数值变化情况确定围岩变形量。具体地说，巷道表面的变形量基于两个观测点之间的距离变化来确定，可以利用图像对比的方式确定距离变化情况。测力计可以采用现有的锚杆测力计和锚索测力计，分别对锚杆的载荷量和锚索的载荷量进行监测，属于现有技术，在此不再赘述。

请参阅图1至6，一种煤矿巷道矿压监测系统，包括多个用于监测支护装置载荷的测力计和至少一个用于监测围岩变形的多点位移计。

多点位移计包括嵌设在围岩中的方管3和多个滑动设置在方管3上的滑动块4，方管3的周侧壁与围岩之间留有用于容纳滑动块4的间隙，方管3的内部固定设置有沿长度方向延伸的感应条14，感应条14上固定设置有多个沿长度方向均匀分布的光传感器15，方管3的侧壁上开设有沿长度方向延伸的通槽16，滑动块4固定连接有激光头18，激光头18发出的光线穿过通槽16照射在感应条14上，滑动块4上还伸缩设置有用于连接围岩的钻头9。

本发明中，测力计可以采用现有的锚杆测力计和锚索测力计，分别用于监测锚杆和锚索的载荷量，属于现有技术，在此不再赘述。多点位移计的使用方法为：首先在围岩上钻出安装孔，安装孔的孔径要满足能够容纳方管3并且在方管3与安装孔内壁之间形成用于容纳滑动块4的间隙的要求，安装孔钻好之后，调整滑动块4在方管3上的位置，之后将方管3插入到安装孔中，并且使钻头9钻入到围岩上，从而将滑动块4连接在围岩上，接着启动激光头18，当围岩发生变形的时候，围岩带动滑动块4在方管3上滑动，过程中激光头18发出的光线照射到不同的光传感器15上，当光线照射到光传感器15上的时候光传感器15产生信号，根据光传感器15的信号可以确定滑动块4的位置，从而能够根据滑动块4的位移量得到围岩的变形量。

本发明的监测系统采用新的多点位移计，该多点位移计采用单个方管3和多个滑动块4的组合实现对围岩变形量的监测，根据实际的监测需求，可以灵活调整滑动块4的数量和位置，来对不同的围岩监测点进行监测，监测结果更加准确，并且便于使用。

为了避免安装孔内的杂质侵入到方管3中对光传感器15造成损坏，通槽16中还固定设置有透明保护板17。

考虑到光传感器15需要线缆供电和输出信号，在方管3中还固定设置有多个沿长度方向均匀分布的线缆固定板12，线缆固定板12的边缘处开设有用于容纳线缆的缺口13，可以将光传感器15的线缆卡在缺口13中以保持线缆的稳定，避免线缆因为重力作用或者滑动而与光传感器15分离，进而保证能够将光传感器15的数据输出到外部，以保证监测过程的顺利。

考虑到钻安装孔的过程中，安装孔的内壁上可能残留一些围岩碎片，可能会对滑动块4造成干扰，为了避免这一情况，方管3的一端固定连接有顶板2，顶板2设置为圆形板并且顶板2的直径与安装孔的内径相等，顶板2背向方管3的一侧固定连接有球面顶头1，球面顶头1的球面背向顶板2，方管3的另一端固定连接有安装板6，安装板6通过若干个紧固螺钉5与围岩表面固定连接。在将方管3插入到安装孔内的过程中，球面顶头1和顶板2能够将安装孔内壁上残留的围岩碎片向安装孔的深处推动，直到球面顶头1顶紧在安装孔末端的时候，球面顶头1与安装孔的内壁之间形成一个小的容纳空间，围岩碎片堆积在容纳空间中，通过球面顶头1和顶板2能够将安装孔内壁清洁干净，从而避免围岩碎片对滑动块4造成干扰。球面顶头1顶紧在安装孔末端后，利用紧固螺钉5将安装板6固定到围岩表面即可，采用紧固螺钉5完成安装简单快捷。

因为多点位移计在安装前需要先确定滑动块4在方管3上的位置，这就导致滑动块4必须暂时固定在方管3上，而在开始监测之后，滑动块4又必须能够在方管3上滑动，为了实现该效果，顶板2与安装板6之间可拆卸连接有用于对滑动块4进行定位的定位管8，定位管8朝向顶板2的一端固定连接有插块31，顶板2上开设有与插块31相匹配的插槽，定位管8的外壁上可拆卸连接有多个定位组件10，定位组件10包括伸缩设置的限位筒42，限位筒42伸出时在定位管8的外壁上形成凸起，相邻的两个凸起之间形成用于夹持滑动块4的夹持空间。在确定好滑动块4的位置之后，将定位管8连接在顶板2和安装板6之间，然后使限位筒42伸出，直到限位筒42突出定位管8的表面形成凸起，相邻的两个凸起夹持一个滑动块4，在多点位移计安装到安装孔中，并且钻头9钻入到围岩中后，滑动块4与围岩固定连接，此时使限位筒42收缩，从而将滑动块4释放，使滑动块4能够在监测过程中随围岩移动。采用该定位管8，仅需要对限位筒42进行控制即可固定滑动块4在方管3上的位置或者将滑动块4释放，保证滑动块4能够根据监测需求连接在围岩合适的位置上，并且操作简单。定位管8可以穿过滑动块4，也可以位于滑动块4的侧方，为了提升夹持的稳定性，同时节省空间以便于安装，本实施例中定位管8穿过滑动块4。

定位组件10的具体结构以及限位筒42具体的设置方式：定位管8的外壁上开设有多个沿长度方向均匀分布的螺孔34，定位管8上还穿设有多个对应伸入到螺孔34中的出气管32，出气管32中固定设置有单向阀33，并且单向阀33的导通方向为从定位管8的外部到内部的方向，定位组件10包括可拆卸设置在螺孔34中的外螺纹管36，外螺纹管36的内部固定设置有基板38，基板38上穿设有用于开启单向阀33的导气管37，限位筒42滑动设置在外螺纹管36中，限位筒42朝向定位管8外部的一端封闭并且通过第二弹簧41与基板38相连接，定位管8靠近安装板6的一端连通有通气管7。在确定好滑动块4的位置后，将两个定位组件10分别设置到滑动块4的两侧，具体地说，将外螺纹管36旋入到螺孔34中，过程中导气管37插入到出气管32中并且将单向阀33打开，此时定位管8通过出气管32和导气管37与外螺纹管36相连通，之后通过通气管7向定位管8中通入气体，气体依次流过出气管32和导气管37后进入到外螺纹管36中，并且推动限位筒42伸出外螺纹管36，过程中第二弹簧41伸长，直到限位筒42突出定位管8表面时将滑动块4夹持住。又因为单向阀33的导通方向为从定位管8外部到内部的方向，因为未连接定位组件10的出气管32不会被打开，定位管8通气的过程中这部分出气管32被封闭，可以避免气体泄漏，进而保证限位筒42能够顺利被气体推出。在滑动块4通过钻头9和围岩连接之后，可以利用通气管7将定位管8中的气体抽出，过程中限位筒42在第二弹簧41的复位作用下收缩到外螺纹管36中，定位组件10不会对滑动块4造成阻碍。定位组件10采用气动的方式控制限位筒42的移动，无需单独对每个定位组件10进行控制，操作简单。需要说明的是，限位筒42的外壁应当与外螺纹管36的内壁紧密贴合以避免漏气，必要时可以在外螺纹管36的内壁上增加密封圈以提升密封性能。

为了方便将外螺纹管36旋入螺孔34中，螺孔32朝向定位管8外部的一端还连通有扩口35，外螺纹管36固定连接有多个沿径向向外延伸的延伸杆39，延伸杆39伸入到扩口35中并且固定连接有与延伸杆39相互垂直的操作杆40，操作杆40也位于扩口35中。通过转动操作杆40可以带动延伸杆39和外螺纹管36同步转动，从而将外螺纹管36旋入到螺孔34中，简单方便，并且操作杆40和延伸杆39均位于扩口35中，不会对滑动块4造成阻碍。

钻头9具体的设置方式为：滑动块4上开设有盲孔20，盲孔20的盲端固定设置有电磁铁21，盲孔20中滑动设置有永磁体24，永磁体24固定连接有用于驱动钻头9的电机25，钻头9朝向盲孔20的开口。在方管3顶紧到安装孔的末端后，利用电磁铁21产生磁场，并且推动永磁体24向盲孔20的外部移动，同时启动电机25，利用电机25驱动钻头9转动，进而使钻头9能够顺利钻入到围岩中，实现将滑动块4与围岩连接在一起的效果。采用钻头9连接围岩，保证能够将滑动块4连接在各种围岩上。需要说明的是，电磁铁21的磁场可以逐步增强，从而使钻头9能够稳定前进。

为了提升钻头9的稳定性，同时对电机25进行保护，电机25驱动连接有支撑板26，支撑板26呈圆形并且周侧壁与盲孔20的孔壁相贴合，永磁体24也设置为原型并且周侧壁与盲孔20的孔壁相贴合，此时钻头9转动时受到的侧向的力能够传递到永磁体24和支撑板26上，进而传递到滑动块4上，而不会直接作用在电机25上，从而有效地对电机25进行保护，并且钻头9也无法晃动，稳定性更强。

在监测完毕后，为了能够使钻头9顺利与围岩分离，进而能够将多点位移计拆下，盲孔20中固定设置有隔板22，隔板22位于电磁铁21和永磁体24之间，隔板22和永磁体24之间连接有第一弹簧23。在钻头9钻入到围岩内的过程中，永磁体24向盲孔20外部移动并且拉动第一弹簧23，在监测完毕后电磁铁21断电，磁场消失，第一弹簧23复位并且拉动永磁体24、电机25和钻头9向盲孔20内部移动，直到钻头9和围岩分离，该过程中电磁铁21无需动作，可以节约电能。为了进一步使钻头9能够顺利与围岩分离，钻头9移动的过程中还可以反向转动。

为了避免永磁体24、电机25和钻头9完全从盲孔20中脱出，隔板22固定连接有朝向永磁体24的套筒29，套筒29靠近永磁体24的一端的内壁上固定设置有限位环30，永磁体24固定连接有朝向隔板22的随动杆27，随动杆27伸入到套筒29中后固定连接有固定环28。固定环28和限位环30配合，能够对永磁体24的最大位移量进行限制，从而防止因为永磁体24、电机25和钻头9完全从盲孔20中脱出造成多点位移计损坏。

在滑动块4中还嵌设有多个用于向激光头18、电磁铁21和电机25供电的电池19，所有电池19共同电性连接有用于向电池19充电的充电接口11，充电接口11嵌设在滑动块4上，为了对充电接口11进行保护，充电接口11的开口处可以设置防尘盖。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种煤矿巷道矿压监测系统，其特征在于：包括多个用于监测支护装置载荷的测力计和至少一个用于监测围岩变形的多点位移计；

所述多点位移计包括嵌设在围岩中的方管（3）和多个滑动设置在方管（3）上的滑动块（4），方管（3）的周侧壁与围岩之间留有用于容纳滑动块（4）的间隙，方管（3）的内部固定设置有沿长度方向延伸的感应条（14），感应条（14）上固定设置有多个沿长度方向均匀分布的光传感器（15），方管（3）的侧壁上开设有沿长度方向延伸的通槽（16），滑动块（4）固定连接有激光头（18），激光头（18）发出的光线穿过通槽（16）照射在感应条（14）上，滑动块（4）上还伸缩设置有用于连接围岩的钻头（9）；

所述方管（3）的一端固定连接有顶板（2），顶板（2）背向方管（3）的一侧固定连接有球面顶头（1），方管（3）的另一端固定连接有安装板（6），安装板（6）通过若干个紧固螺钉（5）与围岩表面固定连接；所述顶板（2）与所述安装板（6）之间可拆卸连接有用于对所述滑动块（4）进行定位的定位管（8），定位管（8）的外壁上可拆卸连接有多个定位组件（10），定位组件（10）包括伸缩设置的限位筒（42），限位筒（42）伸出时在定位管（8）的外壁上形成凸起，相邻的两个凸起之间形成用于夹持滑动块（4）的夹持空间；

所述定位管（8）的外壁上开设有多个沿长度方向均匀分布的螺孔（34），定位管（8）上还穿设有多个对应伸入到螺孔（34）中的出气管（32），出气管（32）中固定设置有单向阀（33），并且单向阀（33）的导通方向为从定位管（8）的外部到内部的方向，所述定位组件（10）包括可拆卸设置在螺孔（34）中的外螺纹管（36），外螺纹管（36）的内部固定设置有基板（38），基板（38）上穿设有用于开启单向阀（33）的导气管（37），所述限位筒（42）滑动设置在外螺纹管（36）中，限位筒（42）朝向定位管（8）外部的一端封闭并且通过第二弹簧（41）与基板（38）相连接，定位管（8）靠近所述安装板（6）的一端连通有通气管（7）。

2.如权利要求1所述的一种煤矿巷道矿压监测系统，其特征在于：所述滑动块（4）上开设有盲孔（20），盲孔（20）的盲端固定设置有电磁铁（21），盲孔（20）中滑动设置有永磁体（24），永磁体（24）固定连接有用于驱动所述钻头（9）的电机（25），钻头（9）朝向盲孔（20）的开口。

3.如权利要求2所述的一种煤矿巷道矿压监测系统，其特征在于：所述盲孔（20）中固定设置有隔板（22），隔板（22）位于所述电磁铁（21）和所述永磁体（24）之间，隔板（22）和永磁体（24）之间连接有第一弹簧（23）。

4.如权利要求3所述的一种煤矿巷道矿压监测系统，其特征在于：所述隔板（22）固定连接有朝向所述永磁体（24）的套筒（29），套筒（29）靠近永磁体（24）的一端的内壁上固定设置有限位环（30），永磁体（24）固定连接有朝向隔板（22）的随动杆（27），随动杆（27）伸入到套筒（29）中后固定连接有固定环（28）。

5.一种煤矿巷道矿压监测方法，其特征在于：基于如权利要求1所述的一种煤矿巷道矿压监测系统，所述方法包括如下步骤：

S1、确定监测范围，并且在监测范围中标记监测对象，监测对象包括巷道表面、支护装置和围岩；

S2、在支护装置上设置用于监测支护装置载荷的测力计，在围岩中嵌设用于监测围岩变形的多点位移计；

S3、监测时长达到设定值后，基于巷道表面形状的变化情况确定巷道表面变形量、基于测力计的数值变化情况确定支护装置载荷量、基于多点位移计的数值变化情况确定围岩变形量。