CN116007522A - 矿道变形监测设备及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿道变形监测领域，尤其涉及矿道变形监测设备及监测方法，包括与矿道形状匹配的基础板，基础板的表面设置气囊体，所述气囊体的表面设置有柔性的光纤组件，基础板固定连接矿道，使光纤组件贴在矿道表面，所述基础板内部设置空腔，基础板内部设置供气组件，所述供气组件连接气囊体，用于对气囊体充气膨胀，使光纤组件紧贴矿道表面，本发明采用基础板作为硬质基础，用于匹配矿道形状，通过气囊体作为软质基础，对气囊体通气使其膨胀，使光纤组件以均匀的压力紧贴在矿道表面，当矿道发生变形时，紧贴的光纤组件能精确反应形变状态，监测精度高，而且施工安装便捷。

Description

矿道变形监测设备及监测方法

技术领域

本发明涉及矿道变形监测领域，尤其涉及矿道变形监测设备及监测方法。

背景技术

煤炭开采进入深部以后，围岩自重应力和构造应力不断增强，导致岩层的压力增大、围岩变形收敛速度加快、工作面空间矿压显现剧烈、支架损坏严重、巷道围岩发生更大范围的破坏，顶板离层垮落、冒顶的倾向性加大，突水及火灾发生率高、偶然性强，因此进入深部开采之后引起的煤矿生产安全问题令人担忧，采矿工程因其工作条件恶劣复杂，而工作面或巷道是不断移动变化的地下空间，采矿过程中形成的上覆岩层结构形态及覆岩稳定性对采场、巷道及其他地下硐室的安全带来直接影响，有必要对煤矿开采过程中巷道的围岩状态及支护结构进行有效的监测，并收集有效的矿压显现信息，以此来分析和推断巷道的安全状态，指导煤矿安全生产实践。

对于巷道围岩状态监测方面，主要包括巷道支护结构载荷监测、巷道顶板离层监测及巷道围岩应力监测，通过感知巷道围岩状态基础信息，了解和掌握巷道围岩安全状态，进而分析与评价围岩稳定性。

基于光纤感知原理制造的传感器用于矿道变形监测，当矿道发生变形会改变对光纤的压力以及使光纤偏移，再通过测量光的波长、强度、频率、相位、偏振态等数据来反映矿道变形状况，光纤感知监测方法较传统电子传感技术应用于矿道变形监测具有对恶劣环境适应性强、抗电磁干扰能力强、精度高、灵敏度高、易于传输、等优点，普及度越来越高，但具体使用中，对于光纤组件的阵列分布具有一定难度，保持光纤与矿道壁结合的施工难度大。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的以下问题：基于光纤感知原理制造的传感器用于矿道变形监测，当矿道发生变形会改变对光纤的压力以及使光纤偏移，再通过测量光的波长、强度、频率、相位、偏振态等数据来反映矿道变形状况，光纤感知监测方法较传统电子传感技术应用于矿道变形监测具有对恶劣环境适应性强、抗电磁干扰能力强、精度高、灵敏度高、易于传输、等优点，普及度越来越高，但具体使用中，对于光纤组件的阵列分布具有一定难度，保持光纤与矿道壁结合的施工难度大。

为解决现有技术存在的问题，本发明提供矿道变形监测设备，包括与矿道形状匹配的基础板，基础板的表面设置气囊体，所述气囊体的表面设置有柔性的光纤组件，基础板固定连接矿道，使光纤组件贴在矿道表面，所述基础板内部设置空腔，基础板内部设置供气组件，所述供气组件连接气囊体，用于对气囊体充气膨胀，使光纤组件紧贴矿道表面。

优选的，所述光纤组件包括两层贴合的橡胶片以及光纤线路，所述光纤线路均匀分布在两层橡胶片之间，其中一层橡胶片连接所述气囊体表面。

优选的，所述供气组件包括气管和气阀，所述气阀包括阀管，所述气管设置在基础板内部，气管的一端穿出基础板，所述阀管的一端连接气管，阀管的端部开设有连通气管的锥形口，锥形口内设置有椎体，阀管内固定有滑架，椎体与滑架通过弹簧弹性滑动，阀管表面连通有导管，导管连通气囊体。

优选的，所述阀管远离锥形口的一端适配有活塞盘，活塞盘通过弹簧弹性连接阀管，活塞盘固定连接椎体，所述基础板内贯穿有钢丝，钢丝由阀管的端部穿入其内部固定连接所述活塞盘。

优选的，所述基础板内对称分布有导轮，所述钢丝穿过导轮之间。

优选的，所述气囊体内通过橡胶隔片分隔成若干独立的囊腔，所述气阀具有若干个，且气阀共同连接所述气管，气阀与囊腔一一对位连接。

优选的，所述阀管表面贯穿安装有压力传感器，压力传感器的传感器线路穿出基础板。

优选的，所述基础板具有两个部分，基础板的两个部分的对接端两侧通过转轴转动连接。

基于所述矿道变形监测设备的监测方法，具体步骤如下：

A、将基础板固定在矿道表面，使光纤组件指向矿道表面；

B、通过供气组件向气囊体供气，使气囊体向矿道表面膨胀，将光纤组件均匀压在矿道表面；

C、光纤组件跟随矿道表面发生形变，光纤线路偏移，通过测量光数据变化反馈矿道变形状况。

与相关技术相比较，本发明提供的矿道变形监测设备及监测方法具有如下

有益效果：

本发明采用基础板作为硬质基础，用于匹配矿道形状，通过气囊体作为软质基础，对气囊体通气使其膨胀，使光纤组件以均匀的压力紧贴在矿道表面，当矿道发生变形时，紧贴的光纤组件能精确反应形变状态，监测精度高，而且施工安装便捷。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的截面结构示意图；

图3为本发明的光纤组件结构示意图；

图4为本发明的基础板转动连接结构示意图；

图5为本发明的实施例一气阀连接结构示意图之一；

图6为本发明的实施例一气阀连接结构示意图之二；

图7为本发明的实施例一气阀结构示意图；

图8为本发明的气囊体结构示意图；

图9为本发明的实施例二气阀连接结构示意图；

图10为本发明的实施例二气阀结构示意图。

图中标号：1、基础板；11、转轴；2、气囊体；21、橡胶隔片；22、囊腔；3、光纤组件；31、橡胶片；32、光纤线路；4、气管；5、气阀；51、阀管；52、锥形口；53、椎体；54、导管；55、滑架；56、活塞盘；6、钢丝；7、导轮；8、压力传感器；9、传感器线路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

实施例一

如图1-2所示，矿道变形监测设备，包括基础板1，基础板1与矿道形状匹配，根据设置分布，可设置基础板1为直板状或弧形状，基础板1采用金属板或硬质工程塑料制成，其内部为空腔状，气囊体2采用软质橡胶制成，气囊体2的形状与基础板1匹配，将气囊体2粘贴固定在基础板1的表面；

如图3所示，光纤组件3包括两层橡胶片31，橡胶片31的轮廓与气囊体2的轮廓相同，两层橡胶片31粘接，光纤线路32铺设在两层橡胶片31之间，光纤线路32往复均匀排列，并且光纤线路32的端部由橡胶片31的端部引出，将橡胶片31与固定；

如图5-7所示，供气组件包括气管4和气阀5，将气管4由基础板1的端部穿入其内部，气阀5包括阀管51，阀管51与导管54呈T型分布贯通，阀管51的一端开设锥形口52，锥形口52连通气管4，导管54连通气囊体2，在锥形口52内设置椎体53，在阀管51内固定安装T型的滑架55，将椎体53与滑架55通过弹簧弹性滑动；

阀管51远离锥形口52的一端滑动适配活塞盘56，活塞盘56通过弹簧弹性连接阀管51，活塞盘56固定连接椎体53，基础板1内贯穿钢丝6，钢丝6由阀管51的端部穿入其内部固定连接活塞盘56，在基础板1内对称分布转动安装导轮7，钢丝6穿过导轮7之间，并由基础板1的一端穿出；

在基础板1的侧边设置耳板，使用钉具贯穿耳板将基础板1固定在矿道表面，此时光纤组件3靠近矿道表面，向气管4供气，气体向椎体53施压，使其克服弹力滑动将锥形口52打开，气体由锥形口52进入阀管51内，再由导管54导入气囊体2内，气囊体2逐渐膨胀，直至光纤组件3紧贴在矿道表面，此时光纤组件3与矿道保持相同形态，且压力相同，光纤线路32连接光线传导设备以及接受设备，当矿道发生变形时会使对应位置的光纤线路32受压变化以及位置发生偏移，造成导出光的波长、强度、频率、相位、偏振态其中一项或多项数据发生变化，通过监测输出光的数据反映矿道变形情况；

如图4所示，基础板1具有两个部分，基础板1的两个部分的对接端两侧通过转轴11转动连接，折叠基础板1减小体积，方便携带设备；

设备拆卸时，通过拉扯钢丝6，在导轮7导向下使活塞盘56克服弹力滑动，椎体53跟随活塞盘56移动将锥形口52打开，气囊体2内的气体经过导管54、阀管51、锥形口52进入气管4后排出，气囊体2收缩，光纤组件3脱离与矿道表面贴合，方便将设备拆卸。

实施例二

如图8-10所示，气囊体2内通过横、纵分布的橡胶隔片21分隔成若干独立的囊腔22，每个囊腔22均连接一个气阀5，气阀5共同连接气管4，气阀5与囊腔22一一对位连接；

阀管51表面具有一个分支口，在分支口位置密封贯穿安装压力传感器8，压力传感器8的传感器线路9穿出基础板1；

通过气管4向气囊体2供气时，气阀5被共同打开，使每个囊腔22内保持同等气压，当矿道发生变形时，对应部位的囊腔22压力增大，压力传感器8监测囊腔22内的气压，压力传感器8监测相应位置气压变化说明该位置的矿道发生形变，气压变化不同表面形变量不同；

该方法是实施例一的替代监测方案；

基于所述矿道变形监测设备的监测方法，具体步骤如下：

A、将基础板1固定在矿道表面，使光纤组件3指向矿道表面；

B、通过供气组件向气囊体2供气，使气囊体2向矿道表面膨胀，将光纤组件3均匀压在矿道表面；

C、光纤组件3跟随矿道表面发生形变，光纤线路32偏移，通过测量光数据变化反馈矿道变形状况。

Claims (9)

1.矿道变形监测设备，包括与矿道形状匹配的基础板(1)，其特征在于，基础板(1)的表面设置气囊体(2)，所述气囊体(2)的表面设置有柔性的光纤组件(3)，基础板(1)固定连接矿道，使光纤组件(3)贴在矿道表面，所述基础板(1)内部设置空腔，基础板(1)内部设置供气组件，所述供气组件连接气囊体(2)，用于对气囊体(2)充气膨胀，使光纤组件(3)紧贴矿道表面。

2.根据权利要求1所述的矿道变形监测设备，其特征在于，所述光纤组件(3)包括两层贴合的橡胶片(31)以及光纤线路(32)，所述光纤线路(32)均匀分布在两层橡胶片(31)之间，其中一层橡胶片(31)连接所述气囊体(2)表面。

3.根据权利要求2所述的矿道变形监测设备，其特征在于，所述供气组件包括气管(4)和气阀(5)，所述气阀(5)包括阀管(51)，所述气管(4)设置在基础板(1)内部，气管(4)的一端穿出基础板(1)，所述阀管(51)的一端连接气管(4)，阀管(51)的端部开设有连通气管(4)的锥形口(52)，锥形口(52)内设置有椎体(53)，阀管(51)内固定有滑架(55)，椎体(53)与滑架(55)通过弹簧弹性滑动，阀管(51)表面连通有导管(54)，导管(54)连通气囊体(2)。

4.根据权利要求3所述的矿道变形监测设备，其特征在于，所述阀管(51)远离锥形口(52)的一端适配有活塞盘(56)，活塞盘(56)通过弹簧弹性连接阀管(51)，活塞盘(56)固定连接椎体(53)，所述基础板(1)内贯穿有钢丝(6)，钢丝(6)由阀管(51)的端部穿入其内部固定连接所述活塞盘(56)。

5.根据权利要求4所述的矿道变形监测设备，其特征在于，所述基础板(1)内对称分布有导轮(7)，所述钢丝(6)穿过导轮(7)之间。

6.根据权利要求4所述的矿道变形监测设备，其特征在于，所述气囊体(2)内通过橡胶隔片(21)分隔成若干独立的囊腔(22)，所述气阀(5)具有若干个，且气阀(5)共同连接所述气管(4)，气阀(5)与囊腔(22)一一对位连接。

7.根据权利要求6所述的矿道变形监测设备，其特征在于，所述阀管(51)表面贯穿安装有压力传感器(8)，压力传感器(8)的传感器线路(9)穿出基础板(1)。

8.根据权利要求1所述的矿道变形监测设备，其特征在于，所述基础板(1)具有两个部分，基础板(1)的两个部分的对接端两侧通过转轴(11)转动连接。

9.基于权利要求1-8任一项所述矿道变形监测设备的监测方法，其特征在于，具体步骤如下：

A、将基础板(1)固定在矿道表面，使光纤组件(3)指向矿道表面；

B、通过供气组件向气囊体(2)供气，使气囊体(2)向矿道表面膨胀，将光纤组件(3)均匀压在矿道表面；

C、光纤组件(3)跟随矿道表面发生形变，光纤线路(32)偏移，通过测量光数据变化反馈矿道变形状况。

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