CN114991867B - 一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置及其使用方法 - Google Patents
一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置及其使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置及其使用方法，包括信息智能集成装置、尾部杆件、应力传感器、前端杆件、挡板、弹簧、合页、圆台、可转动壳体、伺服电机一、伺服电机二、伺服电机三、传动轴、传动臂、超声探测仪固定体、超声探测仪、螺母和托盘等结构。结合螺纹钢锚杆、应力传感器和超声探测仪等部件于一体，使智能监测仪兼具支护、应力监测和岩层表面破碎程度监测等功能。同时创新锚杆支护理念，采用自动弹开装置，从上一阶段空间向下进行支护，利用弹簧将挡板弹开，从而达到了大采高空间顶板的支护效果。
Description
技术领域
本发明属于矿山井下安全监测技术领域，具体涉及一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置及其使用方法。
背景技术
在金属矿山井下开采过程中，采场顶板岩体的物理力学特性在开采过程中表现出极高的复杂性，其原因除岩体内的物质成分存在较大差异外，还在于岩石整体上受构造运动与成矿作用的影响，在这些运动的综合作用下岩层中会存在众多性质不一的弱面，这些弱面的存在造成岩质的不均性和岩石力学参数的差异性。此外，在复杂的岩石力学环境下，分段式或渐进式的开采作业形式会不断改变采场顶板及围岩的受力条件与状态，导致次生应力场的产生，进而造成开采局域环境中的矿岩受力不均，且随着采矿作业的进行，部分岩层中将出现应力集中并引发片帮、冒顶等事故产生，威胁采场内工作人员及设备的安全，因而对顶板围岩的复杂应力状态进行监测就显得尤为重要。经过多年的研究与发展，目前在地压监测领域已经取得了大量的研究成果，包括：专利CN202010683381.3一种冲击地压全息预警方法及装置、存储介质、计算设备；专利CN201811408128.6一种煤矿冲击地压监测装置及监测方法；专利CN201821096091.3一种矿山用地压监测仪；专利CN111577360A一种采场围岩受力特性和振动特性实时观测的可回收式采集仪及使用方法等。上述地压监测装置及方法虽然在一定程度上能够实现对地压的监测，但仍存在以下问题：对于大采高空间顶板及四周围岩的完整性及其发展状态，无法进行精准性监测。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置及其使用方法，旨在解决以下问题：克服矿山井下现有的采场监测装置无法对大采高采场顶板及四周围岩状态进行实时监测的弊端。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置，其特征在于，包括信息智能集成装置、尾部连杆、应力传感器、前端连杆、挡板、弹簧、合页、圆台、可转动壳体、伺服电机一、伺服电机二、伺服电机三、传动轴、传动臂、超声探测仪固定体、超声探测仪、螺母和托盘，其中，应力传感器分别与前端连杆和尾部连杆连接，托盘通过螺母固定于尾部连杆上，信息智能集成装置固定于螺母上部的尾部连杆上，前端连杆下端连接圆台，圆台下端连接可转动壳体，可转动壳体与传动臂相连，传动臂连接超声探测仪固定体，超声探测仪固定于超声探测仪固定体上，所述挡板一端通过合页固定在圆台上，能够以合页为轴自由转动，所述弹簧一端固定在挡板中部，另一端固定在前端连杆上。
进一步地，所述尾部连杆采用中空螺纹钢锚杆，内部两端开有内螺纹，一端连接信息智能集成装置，一端与应力传感器螺旋连接。
进一步地，所述应力传感器中部呈中空筒状，内置一根可振动钢线，一端通过螺纹与尾部连杆连接，另一端部通过螺纹与前端连杆连接，连接处均用速干胶进行胶结，其沿轴线从一端出线，线从尾部连杆内部穿出，并从尾部连杆端部接入信息智能集成装置。
进一步地，所述前端连杆采用螺纹钢锚杆，一端开有内螺纹与应力传感器螺旋连接，一端与圆台固结，其中圆台为直径略大于前端连杆的圆柱体结构。
进一步地，所述挡板有四块，采用刚性材料制成一定宽度。
进一步地，所述智能监测装置在放入钻孔中时挡板收拢，弹簧呈压缩状态，在出了钻孔后，挡板在弹簧的推力作用下打开，贴在岩壁上，对岩壁起一定的承载作用。
进一步地，所述伺服电机一固定在圆台上，其中圆台内部中空以便于安装伺服电机一，伺服电机一的输出轴上连接可转动壳体，控制伺服电机一转动带动可转动壳体进行360°旋转。
进一步地，所述可转动壳体在两端向外突出一对竖臂，传动臂包括由上部的“
”结构和下部的“
”结构及连接上下部的的竖臂组成，其中上部的“
”结构和下部的“
”结构均由一对竖臂与一个横臂连接而成，传动臂上部的“
”结构中的一对竖臂与可转动壳体的一对竖臂铰接连接在一起，伺服电机二与可转动壳体一侧的竖臂以及同侧传动臂上部结构的竖臂相连，通过控制伺服电机二的转动带动传动臂绕可转动壳体相对转动。
进一步地，所述超声探测仪固定体呈“
”结构，由一对竖臂与一个横臂连接而成，超声探测仪固定于超声探测仪固定体的横臂上，其中超声探测仪固定体的一对竖臂与传动臂下部结构的一对竖臂连接，伺服电机三安置于传动臂与超声探测仪固定体之间，并与一侧竖臂传动轴连接，通过控制伺服电机三的转动带动超声探测仪固定体绕传动臂转动，从而实现通过超声波来监测大采高采场顶部四周围岩表面的裂纹发生与扩展情况。
一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置的使用方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1：在矿山井下需要监测的采场上一阶段空间向下钻凿直径比此监测装置的圆台直径稍大的钻孔；
步骤2：根据需要监测的顶板的厚度来选择尾部连杆和前端连杆，且尾部连杆、应力传感器和前端连杆的整体长度要稍长于钻孔的深度，依次连接尾部连杆、应力传感器、前端连杆、圆台、挡板和弹簧后，再依次连接伺服电机一、可转动壳体、传动臂、伺服电机二、超声探测仪固定体、伺服电机三和超声探测仪；
步骤3：压缩四块挡板并将其从上往下放入钻孔中，并施加向下的推力直至监测装置顶端出露到钻孔外面，弹簧将挡板弹开，挡板在弹力的作用下伸展开；
步骤4：在靠近尾部连杆的一端，依次安装托盘、螺母和信息智能集成装置，并慢慢拧紧螺母，使下端四个挡板能够牢牢贴在顶板岩壁上；
步骤5：通过在钻孔外部控制伺服电机，使其按指令转动，从而带动最顶端的超声探测仪转动，以此来改变超声探测的角度。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)结合螺纹钢锚杆、应力传感器和超声探测仪等部件于一体，使智能监测仪兼具支护、应力监测和岩层表面破碎程度监测等功能，大大降低了企业的安全监测与支护成本，且操作简单；
(2)创新锚杆支护理念，采用自动弹开装置，从上一阶段空间向下进行支护，利用弹簧将挡板弹开，从而达到了大采高空间顶板的支护效果，与此同时结合了超声探测仪，解决了对人所不能到达的采场上部空间围岩进行破碎发展情况实时监测的难题。
附图说明
图1为本发明提供的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置结构示意图；
图2为本发明提供的弹簧、挡板与圆台结构示意图；
图3为本发明提供的端部可转动结构的结构示意图；
图4为本发明提供的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置端部挡板展开结构示意图；
图5为本发明提供的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置的现场安装示意图；
其中：1-信息智能集成装置、2-尾部连杆、3-应力传感器、4-前端连杆、5-挡板、6-弹簧、7-合页、8-圆台、9-可转动壳体、10-伺服电机一、11-伺服电机二、12-伺服电机三、13-传动轴、14-传动臂、15-超声探测仪固定体、16-超声探测仪、17-螺母、18-托盘。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1
参见图1-5，本实例提供的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置，包括信息智能集成装置1、尾部连杆2、应力传感器3、前端连杆4、挡板5、弹簧6、合页7、圆台8、可转动壳体9、伺服电机一10、伺服电机二11、伺服电机三12、传动轴13、传动臂14、超声探测仪固定体15、超声探测仪16、螺母17和托盘18，其中，应力传感器3分别与前端连杆4和尾部连杆2连接，托盘18通过螺母17固定于尾部连杆2上，信息智能集成装置1固定于螺母上部的尾部连杆2上，前端连杆4下端连接圆台8，圆台下端连接可转动壳体9，可转动壳体9与传动臂14相连，传动臂14连接超声探测仪固定体15，超声探测仪16固定于超声探测仪固定体15上，所述挡板5一端通过合页7固定在圆台8上，能够以合页7为轴自由转动，所述弹簧6一端固定在挡板5中部，另一端固定在前端连杆4上。其中，信息智能集成装置主要用于采集前端超声探测仪以及应力传感器传输回来的信号，并进行信号转换存储和分析。
进一步地，所述尾部连杆2采用中空螺纹钢锚杆，内部两端开有内螺纹，一端连接信息智能集成装置1，一端与应力传感器3螺旋连接。
进一步地，所述应力传感器3中部呈中空筒状，内置一根可振动钢线，一端通过螺纹与尾部连杆2连接，另一端部通过螺纹与前端连杆4连接，连接处均用速干胶进行胶结，其沿轴线从一端出线，线从尾部连杆2内部穿出，并从尾部连杆端部接入信息智能集成装置1。
进一步地，所述前端连杆4采用螺纹钢锚杆，一端开有内螺纹与应力传感器3螺旋连接，一端与圆台8固结，其中圆台8为直径略大于前端连杆4的圆柱体结构。
进一步地，所述挡板5有四块，采用刚性材料制成一定宽度。
进一步地，所述智能监测装置在放入钻孔中时挡板5收拢，弹簧6呈压缩状态，在出了钻孔后，挡板5在弹簧6的推力作用下打开，贴在岩壁上，对岩壁起一定的承载作用。
进一步地，所述伺服电机一10固定在圆台8上，其中圆台8内部中空以便于安装伺服电机一，伺服电机一的输出轴上连接可转动壳体9，控制伺服电机一转动带动可转动壳体9进行360°旋转。
进一步地，所述可转动壳体9在两端向外突出一对竖臂，传动臂14包括由上部的“
”结构和下部的“
”结构及连接上下部的的竖臂组成，其中上部的“
”结构和下部的“
”结构均由一对竖臂与一个横臂连接而成，传动臂上部的“
”结构中的一对竖臂与可转动壳体9的一对竖臂铰接连接在一起，伺服电机二11与可转动壳体9一侧的竖臂以及同侧传动臂上部结构的竖臂相连，通过控制伺服电机二的转动带动传动臂绕可转动壳体9相对转动。
进一步地，所述超声探测仪固定体呈“
”结构，由一对竖臂与一个横臂连接而成，超声探测仪16固定于超声探测仪固定体15的横臂上，其中超声探测仪固定体的一对竖臂与传动臂下部结构的一对竖臂连接，伺服电机三12安置于传动臂与超声探测仪固定体之间，并与一侧竖臂传动轴13连接，通过控制伺服电机三的转动带动超声探测仪固定体绕传动臂转动，从而实现通过超声波来监测大采高采场顶部四周围岩表面的裂纹发生与扩展情况。
实施例2
一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置的使用方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1：在矿山井下需要监测的采场上一阶段空间向下钻凿直径比此监测装置的圆台直径稍大的钻孔；
步骤2：根据需要监测的顶板的厚度来选择尾部连杆和前端连杆，且尾部连杆、应力传感器和前端连杆的整体长度要稍长于钻孔的深度，依次连接尾部连杆2、应力传感器3、前端连杆4、圆台8、挡板5和弹簧6后，再依次连接伺服电机一10、可转动壳体9、传动臂14、伺服电机二11、超声探测仪固定体16、伺服电机三12和超声探测仪16；
步骤3：压缩四块挡板并将其从上往下放入钻孔中，并施加向下的推力直至监测装置顶端出露到钻孔外面，弹簧将挡板弹开，挡板在弹力的作用下伸展开；
步骤4：在靠近尾部连杆2的一端，依次安装托盘18、螺母17和信息智能集成装置1，并慢慢拧紧螺母，使下端四个挡板能够牢牢贴在顶板岩壁上；
步骤5：通过在钻孔外部控制伺服电机，使其按指令转动，从而带动最顶端的超声探测仪转动，以此来改变超声探测的角度。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置，其特征在于，包括信息智能集成装置(1)、尾部连杆(2)、应力传感器(3)、前端连杆(4)、挡板(5)、弹簧(6)、合页(7)、圆台(8)、可转动壳体(9)、伺服电机一(10)、伺服电机二(11)、伺服电机三(12)、传动轴(13)、传动臂(14)、超声探测仪固定体(15)、超声探测仪(16)、螺母(17)和托盘(18)，其中，应力传感器(3)分别与前端连杆(4)和尾部连杆(2)连接，托盘(18)通过螺母(17)固定于尾部连杆(2)上，信息智能集成装置(1)固定于螺母上部的尾部连杆(2)上，前端连杆(4)下端连接圆台(8)，圆台下端连接可转动壳体(9)，可转动壳体(9)与传动臂(14)相连，传动臂(14)连接超声探测仪固定体(15)，超声探测仪(16)固定于超声探测仪固定体(15)上，所述挡板(5)一端通过合页(7)固定在圆台(8)上，能够以合页(7)为轴自由转动，所述弹簧(6)一端固定在挡板(5)中部，另一端固定在前端连杆(4)上，所述信息智能集成装置(1)用于采集前端超声探测仪以及应力传感器传输回来的信号，并进行信号转换存储和分析。
2.根据权利要求1所述的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置，其特征在于，所述尾部连杆(2)采用中空螺纹钢锚杆，内部两端开有内螺纹，一端连接信息智能集成装置(1)，一端与应力传感器(3)螺旋连接。
3.根据权利要求1所述的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置，其特征在于，所述应力传感器(3)中部呈中空筒状，内置一根可振动钢线，一端通过螺纹与尾部连杆(2)连接，另一端部通过螺纹与前端连杆(4)连接，连接处均用速干胶进行胶结，其沿轴线从一端出线，线从尾部连杆(2)内部穿出，并从尾部连杆端部接入信息智能集成装置(1)。
4.根据权利要求1所述的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置，其特征在于，所述前端连杆(4)采用螺纹钢锚杆，一端开有内螺纹与应力传感器(3)螺旋连接，一端与圆台(8)固结，其中圆台(8)为直径略大于前端连杆(4)的圆柱体结构。
5.根据权利要求1所述的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置，其特征在于，所述挡板(5)有四块，采用刚性材料制成一定宽度。
6.根据权利要求1所述的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置，其特征在于，所述智能监测装置在放入钻孔中时挡板(5)收拢，弹簧(6)呈压缩状态，在出了钻孔后，挡板(5)在弹簧(6)的推力作用下打开，贴在岩壁上，对岩壁起一定的承载作用。
7.根据权利要求1所述的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置，其特征在于，所述伺服电机一(10)固定在圆台(8)上，其中圆台(8)内部中空以便于安装伺服电机一，伺服电机一的输出轴上连接可转动壳体(9)，控制伺服电机一转动带动可转动壳体(9)进行360°旋转。
8.根据权利要求1所述的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置，其特征在于，所述可转动壳体(9)在两端向外突出一对竖臂，传动臂(14)包括由上部的结构和下部的结构及连接上下部的竖臂组成，其中上部的结构和下部的结构均由一对竖臂与一个横臂连接而成，传动臂上部的结构中的一对竖臂与可转动壳体(9)的一对竖臂铰接连接在一起，伺服电机二(11)与可转动壳体(9)一侧的竖臂以及同侧传动臂上部结构的竖臂相连，通过控制伺服电机二的转动带动传动臂绕可转动壳体9相对转动。
9.根据权利要求1所述的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置，其特征在于，所述超声探测仪固定体(15)呈结构，由一对竖臂与一个横臂连接而成，超声探测仪(16)固定于超声探测仪固定体(15)的横臂上，其中超声探测仪固定体的一对竖臂与传动臂下部结构的一对竖臂连接，伺服电机三(12)安置于传动臂与超声探测仪固定体之间，与一侧竖臂传动轴连接，通过控制伺服电机三的转动带动超声探测仪固定体绕传动臂转动，从而实现通过超声波来监测大采高采场顶部四周围岩表面的裂纹发生与扩展情况。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种高阶段大矿房实时状态智能监测装置的使用方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1：在矿山井下需要监测的采场上一阶段空间向下钻凿直径比此监测装置的圆台直径稍大的钻孔；
步骤2：根据需要监测的顶板的厚度来选择尾部连杆和前端连杆，且尾部连杆、应力传感器和前端连杆的整体长度要稍长于钻孔的深度，依次连接尾部连杆(2)、应力传感器(3)、前端连杆(4)、圆台(8)、挡板(5)和弹簧(6)后，再依次连接伺服电机一(10)、可转动壳体(9)、传动臂(14)、伺服电机二(11)、超声探测仪固定体(15)、伺服电机三(12)和超声探测仪(16)；
步骤3：压缩四块挡板并将其从上往下放入钻孔中，并施加向下的推力直至监测装置顶端出露到钻孔外面，弹簧(6)将挡板(5)弹开，挡板在弹力的作用下伸展开；
步骤4：在靠近尾部连杆(2)的一端，依次安装托盘(18)、螺母(17)和信息智能集成装置(1)，并慢慢拧紧螺母，使下端四个挡板能够牢牢贴在顶板岩壁上；
步骤5：通过在钻孔外部控制伺服电机，使其按指令转动，从而带动最顶端的超声探测仪转动，以此来改变超声探测的角度。
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