CN116733514A - 一种智能化可变阻力实时监测预警锚杆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能化可变阻力实时监测预警锚杆，属于隧道支护领域，包括筒体，所述筒体内设有活塞及活塞杆，所述筒体的壁内设有储液室，其通过活塞杆端的油液通道与筒体内连通，所述活塞内设有连通活塞两侧空腔的孔径，所述孔径内设有电磁阀和流量传感器，所述活塞一侧还设有油压传感器；所述活塞两侧的空腔内都装满液压油，所述储液室内装有高压氮气；包括上位机，所述上位机与电磁阀、流量传感器、油压传感器连接，用于接收流量传感器、油压传感器的数据，并控制所述电磁阀的开闭；所述上位机通过油压传感器监测数据对锚杆受力状态进行分析，判断是否需要开启电磁阀来进行让压；所述上位机通过流量传感器监测数据来计算让压距离。
Description
技术领域
本发明属于隧道支护领域，涉及一种智能化可变阻力实时监测预警锚杆。
背景技术
对于隧道或大型地下车库、硐室等永久性工程支护问题离不开锚杆的作用，锚杆是常用的支护手段是预防隧道、硐室等变形的有效方法之一。目前对于隧道等工程的永久支护都是采用普通伸缩锚杆进行支护，普通支护时，通过人工打眼，对锚杆进行全锚固或端部锚固，当锚杆受力时提供让压但不是处于动态平衡，对锚杆本身会造成裂纹损伤减少使用寿命，无法满足处于经常微震环境下的支护要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种永久性、可变阻力、动态让压、监测和支护、智能化预警一体的锚杆，适于在减少操作人员，节省成本的支护系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种智能化可变阻力实时监测预警锚杆，包括筒体，所述筒体内设有活塞及活塞杆，所述筒体的壁内设有储液室，其通过活塞杆端的油液通道与筒体内连通，所述活塞内设有连通活塞两侧空腔的孔径，所述孔径内设有电磁阀和流量传感器，所述活塞一侧还设有油压传感器；所述活塞两侧的空腔内都装满液压油，所述储液室内装有高压氮气；
包括上位机，所述上位机与电磁阀、流量传感器、油压传感器连接，用于接收流量传感器、油压传感器的数据，并控制所述电磁阀的开闭；所述上位机通过油压传感器监测数据对锚杆受力状态进行分析，判断是否需要开启电磁阀来进行让压；所述上位机通过流量传感器监测数据来计算让压距离。
进一步，所述上位机针对一个锚杆，一组锚杆或整体进行差异化调控，进而对井下大巷、隧道、边坡进行综合调控预警。
进一步，所述上位机中包括参数预设系统，监测系统，保障系统，预警系统；
参数预设系统：根据不同区段地质状态对预警锚杆进行差异化参数预设，设置锚杆阻力、让压距离参数；
监测系统：对各个锚杆的工作面状态、反馈参数进行对比分析，保障锚固系统整体稳定；
保障系统：通过对各个锚杆工作状态的差异化监控，对工程监测整体实时评估，包括：设定安全让压距离为15cm，各个锚杆的让压距离在0-10cm内处于绿色显示，10-13cm处于橙色显示，13-15cm处于红色显示；系统显示红、橙色的锚杆数量不超过总体的60％，显示为安全，超过60％显示为危险，需要人员介入处理；
预警系统：当锚杆出现极限让压距离15cm或破断无信号状态及报警至监控人员。
进一步，所述参数预设系统中对锚杆阻力的设置，是通过更换预警锚杆材料来实现的，预警锚杆阻力可调范围为300KN—3500KN；根据地质状态，锚杆一般分为土层锚杆、岩层锚杆，而预警锚杆为预应力、端部锚固式、拉力分散型锚杆，兼顾土层及岩层的地质状态。
进一步，参数预设系统通过电磁阀的开关控制让压距离参数，通过流量传感器监测液压油体积进而推算出让压距离，设置不同阻力在允许一定量的变形(安全变形量)前提下发挥锚杆的锚固作用，可变阻力分为三级让压增阻，第一阶段是高压氮气被压缩，第二阶段是液压油被压缩，第三阶段是活塞杆自身产生定量形变；总共可让压距离为15cm，一阶段6cm，二阶段4cm，三阶段5cm。
进一步，锚杆的工作面状态、反馈参数包括锚杆锚固应力值、锚杆让压距离、锚杆的让压状态，通过监测系统监测锚杆的本身的应力值和让压距离是否超过极限值，锚杆的让压状态显示比例是否达到临界值。
进一步，所述活塞杆一端连接有用于均衡受力的托盘和进行预紧力施压的螺母。
本发明的有益效果在于：本发明提高了传统支护智能信息化水平，有利于对整个工程支护状态进行实时监测，及时作出调准；较好的预防工程事故，有利于工程等基础设施的安全运转。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为智能化可变阻力实时监测预警锚杆结构示意图；
图2为巷道及隧道中锚杆布置图；
图3为巷道及隧道检测示意图；
图4中(a)为边坡监测示意图，(b)为边坡布置图；
图5为巷道及隧道监测智能监测预警控制室布置图；
图6为边坡监测智能监测预警控制室布置图；
图7为锚杆智能监测预警流程图。
附图标记：1-高压氮气，2-活塞，3-油压传感器，4-储液室，5-活塞杆，6-液压油，7-电磁阀及流量传感器，8-孔径，9-液压油，10-托盘，11-螺母，12-端头锚固段，13-油液通道，14-传感器线路。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1，本发明在改善现有锚杆系统的基础上提出了一种智能化可变阻力实时监测预警锚杆及预警方法，其结构由筒体，储液室4，专用液压油6、9，高压氮气1，可活动活塞2(活塞2内有油液导通的孔径8，孔径8中装有负责孔径8导通或关闭的电磁阀及流量传感器7)，活塞杆5(杆体内装有传感器线路14)，油压传感器3，托盘10，螺母11，端头锚固段12组成，
首先在经常振动的地下工程中如隧道等振动引起压力变化会传递给支护体本身，第一阶段工作时电磁阀是关闭的，通过活塞杆5承受的拉力带动活塞2对液压油9进行压缩，油液通过筒体底部的油液通道13进入外侧部位储液室4，进而压缩储液室4中的高压氮气1来增阻(其中主要压缩量的是气体，液体有极少一部分压缩量)，整个增阻过程作用力是柔性的，同时振动过后会恢复液气的新的平衡状态，整个过程如弹簧伸缩，避免了普通锚杆试件的刚性疲劳损伤。第二阶段如果有围岩变形大变形情况出现时，通过对油压传感器3监测数据可以分析锚杆受力状态，决定此时锚杆系统是否需要开启电磁阀来适当让压，电磁阀的开启使9中的油液通过孔径8进入前端的油液室，实现减阻让压同时通过流量传感器的监测数据的反馈可精确人为设定所需让压距离，让压距离通过通道中的流量传感器计算油液量推算得出。在保证让压减阻的同时增加让压距离，电磁阀关闭后此时形成新阶段的增阻如阶段一。并实时监测的基础设施支护工程，此时锚杆不仅可以作为支护原件还可以承担监测预警的任务，并及时了解支护体的状态对工程危险做出预测。
本发明还通过设置与锚杆连接的智能化锚杆预警调控系统，对锚杆进行智能化监测和预警，智能化锚杆预警调控系统可以针对一个锚杆，一组锚杆或整体进行差异化调控(如通过调控电磁阀及流量传感器实现锚杆的增阻、减阻及伸缩距离)，进而形成对井下大巷、隧道、边坡等工程进行综合调控预警。
如图2-3所示，由于本发明设计产品要比普通锚杆成本高，对于巷道及隧道一组布置三个(中间及左右两边各一个，具体按施工设计)，30-50m布置一组即可，其余均用原设计的普通锚杆，搭配使用更符合工程现场实际情况。
如图4中的(a)-(b)所示，对于边坡监测采用6*6或8*8的菱形对边坡工程进行监测布点。
如图5和6所示，智能化锚杆预警调控系统设置在智能监测预警控制室内，与智能锚杆连接。如图7所示，智能化锚杆预警调控系统包括参数预设系统，监测系统，保障系统，预警系统。参数预设系统根据不同区段地质状态(岩性、构造)对预警锚杆进行差异化参数预设。设置锚杆阻力、让压距参数。监测系统对各个锚杆的工作面状态、反馈参数进行对比分析，保障锚固系统整体稳定。保障系统通过对各个锚杆工作状态的差异化监控，对工程监测整体实时评估，如锚杆设计安全让压距离为15cm，各个锚杆的让压距离在0-10cm内处于绿色显示，10-13cm'处于橙色显示，13-15cm处于红色显示，系统红、橙色显示不超过60显示为安全，超过60显示为危险，需要人员介入处理。预警系统如锚杆出现极限让压距离(大于15cm)或破断无信号状态及报警至监控人员。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种智能化可变阻力实时监测预警锚杆，其特征在于：包括筒体，所述筒体内设有活塞及活塞杆，所述筒体的壁内设有储液室，其通过活塞杆端的油液通道与筒体内连通，所述活塞内设有连通活塞两侧空腔的孔径，所述孔径内设有电磁阀和流量传感器，所述活塞一侧还设有油压传感器；所述活塞两侧的空腔内都装满液压油，所述储液室内装有高压氮气；
包括上位机，所述上位机与电磁阀、流量传感器、油压传感器连接，用于接收流量传感器、油压传感器的数据，并控制所述电磁阀的开闭；所述上位机通过油压传感器监测数据对锚杆受力状态进行分析，判断是否需要开启电磁阀来进行让压；所述上位机通过流量传感器监测数据来计算让压距离。
2.根据权利要求1所述的智能化可变阻力实时监测预警锚杆，其特征在于：所述上位机针对一个锚杆，一组锚杆或整体进行差异化调控，进而对井下大巷、隧道、边坡进行综合调控预警。
3.根据权利要求1所述的智能化可变阻力实时监测预警锚杆，其特征在于：所述上位机中包括参数预设系统，监测系统，保障系统，预警系统；
参数预设系统：根据不同区段地质状态对预警锚杆进行差异化参数预设，设置锚杆阻力、让压距离参数；
监测系统：对各个锚杆的工作面状态、反馈参数进行对比分析，保障锚固系统整体稳定；
保障系统：通过对各个锚杆工作状态的差异化监控，对工程监测整体实时评估，包括：设定安全让压距离为15cm，各个锚杆的让压距离在0-10cm内处于绿色显示，10-13cm处于橙色显示，13-15cm处于红色显示；系统显示红、橙色的锚杆数量不超过总体的60％，显示为安全，超过60％显示为危险，需要人员介入处理；
预警系统：当锚杆出现极限让压距离15cm或破断无信号状态及报警至监控人员。
4.根据权利要求3所述的智能化可变阻力实时监测预警锚杆，其特征在于：所述参数预设系统中对锚杆阻力的设置，是通过更换预警锚杆材料来实现的，预警锚杆阻力可调范围为300KN—3500KN；预警锚杆为预应力、端部锚固式、拉力分散型锚杆，兼顾土层及岩层的地质状态。
5.根据权利要求3所述的智能化可变阻力实时监测预警锚杆，其特征在于：参数预设系统通过电磁阀的开关控制让压距离参数，通过流量传感器监测液压油体积进而推算出让压距离，设置不同阻力在允许一定量的变形前提下发挥锚杆的锚固作用，可变阻力分为三级让压增阻，第一阶段是高压氮气被压缩，第二阶段是液压油被压缩，第三阶段是活塞杆自身产生定量形变；总共可让压距离为15cm，一阶段6cm，二阶段4cm，三阶段5cm。
6.根据权利要求3所述的智能化可变阻力实时监测预警锚杆，其特征在于：锚杆的工作面状态、反馈参数包括锚杆锚固应力值、锚杆让压距离、锚杆的让压状态，通过监测系统监测锚杆的本身的应力值和让压距离是否超过极限值，锚杆的让压状态显示比例是否达到临界值。
7.根据权利要求1所述的智能化可变阻力实时监测预警锚杆，其特征在于：所述活塞杆一端连接有用于均衡受力的托盘和进行预紧力施压的螺母。
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