CN203259273U

CN203259273U - 一种矿用光纤光栅锚杆锚索测力计

Info

Publication number: CN203259273U
Application number: CN 201320217449
Authority: CN
Inventors: 方新秋; 梁敏富; 刘晓宁
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2023-04-26

Abstract

一种矿用光纤光栅锚杆锚索测力计，适用于煤矿锚杆锚索锚固力及支护质量监测领域，测力计主要由油缸体、油管、三通阀、直读式压力表、光纤光栅压力计、光纤组成；油缸腔体通过油管与三通阀的下部端口连接，直读式压力表与三通阀的上部端口连接，光纤光栅压力计通过其端头导压孔与三通阀的第三个端口连接，光纤的信号输入端与光纤光栅压力计相连接。可实现无滞后多点分布式组网测量，全面、连续、实时地进行长期监测与数据收集处理；直读式压力表便于现场读数，与三通阀通过螺纹连接，拆卸方便；不需供电，保证现场安全，采用全光测量和光纤传输，可避免电磁干扰影响；内置温补光栅对温度误差进行补偿，监测分辨率可达0.03MPa；结构简单，安装便捷。

Description

一种矿用光纤光栅锚杆锚索测力计

技术领域

本实用新型涉及一种矿用光纤光栅锚杆锚索测力计，尤其是一种用于测量矿用锚杆及锚索轴向拉伸力的装置，应用于煤矿锚杆锚索锚固力及支护质量监测、巷道及硐室围岩压力监测领域。

背景技术

长期以来，我国煤矿围岩灾害导致的事故伤亡人数居高不下，围岩灾害已经成为影响煤矿安全生产的重要因素，严重威胁着矿山的生产安全，发生时会造成巨大的经济损失和人员伤亡。作为矿井安全生产重要保障手段之一的围岩压力监测越来越受到重视，对监测的准确性、可靠性及在线监测能力的要求也越来越高。

现有的矿山巷道及硐室普遍使用锚杆及锚索对岩层进行加固和支撑，所使用的监测仪器可随时测取锚杆锚索受力的大小，对于研究锚杆锚索的作用机理、合理进行巷道及硐室支护设计有重要意义，但现有的锚杆锚索测力装置多采用液压加机械压力表的形式，具有以下缺点：1、易受电磁干扰和外界环境干扰；2、不防潮，可靠性低，使用寿命短，无法满足长期监测的要求；3、靠人工观测数据，误差大，不能实现数据自动化采集和处理，不能进行在线实时监测。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构简单、测量方便、可靠性高、准确度高、可进行锚杆长期监测及在线实时监测的矿用光纤光栅锚杆测力计。

为实现上述目的，本实用新型的矿用光纤光栅锚杆锚索测力计，包括光纤光栅解调仪，还包括固定在锚杆/锚索外露端的油缸腔体，油缸腔体中部设有油缸内孔，油缸腔体上设有油管，油管上设有三通阀，经三通阀分别连接有直读式压力表和与光纤一端相连的光纤光栅压力计，光纤另一端连接光纤光栅解调仪。

所述的光纤光栅压力计内置了测压光栅及温补光栅；所述的油缸内孔的孔径为20~28mm；所述的直读式压力表与三通阀螺纹密封连接。

有益效果：由于采用了上述方案，本实用新型主要适用于煤矿锚杆锚索锚固力及支护质量监测领域，适用的锚杆锚索工作压力为0MPa~60MPa，工作温度为-5℃~45℃。其优点是：结合计算机技术可实现无滞后多点分布式组网测量，全面、连续、实时地进行长期监测与数据收集处理；同时直读式压力表便于现场读数；不需供电，保证现场安全，采用全光测量和光纤传输，可避免电磁干扰影响；内置温补光栅对温度误差进行补偿，监测分辨率可达0.03MPa；结构简单，安装便捷，其结构与工艺适于普遍推广应用。本实用新型与传统技术相比具有以下优点：

1、传统非在线监测的锚杆锚索测力装置普遍具有测点分散、监测不连续、监测信息不完整且滞后的缺点，而本实用新型的光纤光栅压力计在传统技术基础上，配合光纤光栅分析仪、光纤通信设备及计算机，可实现无滞后多点分布式组网测量，全面、连续、实时地进行长期监测与数据收集处理，同时本实用新型的直读式压力表又可以实现传统锚杆锚索测力计的功能，便于现场读数；

2、以往的在线锚杆锚索测力装置普遍需要带电工作，在煤矿井下具有较大安全隐患，且易受电磁干扰，而本实用新型采用的光纤光栅压力计不需供电，不存在电信号和电子器件，极大地保证了现场安全，并且采用全光测量和光纤传输，可有效避免复杂恶劣环境下电磁干扰的影响；

3、传统的锚杆锚索测力装置普遍采用弦振式传感器，监测分辨率一般为0.1MPa，并且其监测值极易受到温度影响而产生误差，本实用新型内置了温补光栅，可以对温度误差进行补偿，极大地提高了监测精度，监测分辨率可达0.03MPa；

4、其他采用光纤光栅的锚杆锚索测力装置一般将光纤光栅传感器布置于锚杆表面或附加的锚杆套筒上，导致其结构复杂、工艺困难、造价昂贵、安装不便，不能多次利用，而本实用新型将光纤光栅传感器通过三通阀与油管相接，结构简单，安装便捷，并且直读式压力表与三通阀为螺纹密封连接，以便于压力表发生故障时可方便拆卸，更换新的压力表，可多次利用，为矿区减少成本，其结构与工艺适于普遍推广应用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的埋设安装示意图。

图中：1、油缸腔体；2、油缸内孔；3、油管；4、三通阀；5、直读式压力表；6、光纤光栅压力计；7、光纤；8、煤岩体；9、锚杆/锚索；10、托盘；11、垫圈；12、螺母；13、光纤光栅解调仪。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述：

如图1所示，本实用新型的矿用光纤光栅锚杆锚索测力计，主要由设有油缸内孔2的油缸腔体1、油管3、三通阀4、直读式压力表5、光纤光栅压力计6、光纤7、光纤光栅解调仪13组成。油缸腔体1固定在锚杆/锚索9外露端上，油缸腔体1的中心处所设油缸内孔2的孔径为20~28mm，以便于各种规格的矿用锚杆锚索插在油缸内孔2中。油缸腔体1通过油管3与三通阀4的下部端口连接，直读式压力表5与三通阀4的上部端口连接，所述的直读式压力表5与三通阀4的连接方式为螺纹密封连接，以便于压力表发生故障时可方便拆卸，更换新的压力表，不妨碍现场工作。光纤光栅压力计6通过其端头导压孔与三通阀4的第三个端口连接，光纤7的信号输入端与光纤光栅压力计6相连接。所述的光纤光栅压力计6内置了测压光栅及温补光栅，通过检测光纤光栅波长的移动量可测量端头导压孔的压力及温度变化量，通过外置的标准FC/PC光纤跳线接口可将信号传递给相连接的光纤7。所述的矿用光纤光栅锚杆锚索测力计适用的锚杆锚索工作压力为0MPa~60MPa；工作温度为-5℃~45℃。

使用过程：在巷道围岩煤岩体8安装锚杆/锚索9，在锚杆/锚索9外裸露端依次设置托盘10、油缸腔体1、垫圈11，用螺母12固定；在油缸腔体1上安装油管3，经三通阀4分别设置直读式压力表5和与光纤7一端相连的光纤光栅压力计6；光纤7的另一端相连光纤光栅解调仪13。锚杆/锚索的锚固力作用于油缸腔体1，压力通过油压的方式经三通阀4传递给直读式压力表5和光纤光栅压力计6，其中直读式压力表5可直接读出压力度数，光纤光栅压力计6可通过光纤7将信号传递给光纤光栅解调仪13；光纤光栅静态解调仪13将测量的波长变化信号转换成电信号后可传至计算机，通过软件读取实时数据并进行分析整理，即可得出锚杆锚索实时的受力变化和工作状况，进行长期监测。

Claims

1.一种矿用光纤光栅锚杆锚索测力计，包括光纤光栅解调仪(13)，其特征在于：还包括固定在锚杆/锚索(9)外露端的油缸腔体（1），油缸腔体（1）中部设有油缸内孔（2），油缸腔体（1）上设有油管（3），油管（3）上设有三通阀（4），经三通阀（4）分别连接有直读式压力表（5）和与光纤（7）一端相连的光纤光栅压力计（6），光纤（7）另一端连接光纤光栅解调仪(13)。

2.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅锚杆锚索测力计，其特征在于：所述的光纤光栅压力计（6）内置了测压光栅及温补光栅。

3.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅锚杆锚索测力计，其特征在于：所述的油缸内孔（2）的孔径为20~28mm。

4.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅锚杆锚索测力计，其特征在于：所述的直读式压力表（5）与三通阀（4）螺纹密封连接。