CN203259281U - 一种煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置，适用于煤矿巷道主动支护锚杆受力的监测。装置包括锚杆、光栅、光纤、光纤光栅保护管，所述的锚杆沿轴向两侧对称刻凹槽，光纤设置有至少一个光栅，光栅粘贴在锚杆对称凹槽内，在锚杆尾部引出可与外部相连的光纤连接接头，光纤光栅保护管安置在锚杆杆体上，结构简单，安装方便，光纤光栅可完成对多测点锚杆所受轴力的分布式测量，采用光纤进行光信号传输，可靠性高，信号传输距离远，光纤光栅传感器无源工作，本质安全，抗干扰能力强，非常适合锚杆工程长期监测，对提高煤矿巷道围岩的稳定性和安全性具有指导意义。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种锚杆应力测量装置，尤其是是一种煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置，适用于煤矿巷道围岩的安全监测领域，较全面的了解锚杆工作状况，提高巷道围岩的稳定性和安全性，保障煤矿安全高效生产。
背景技术：
煤矿行业是我国其他工业行业发展的基础，煤矿安全生产对社会进步和国民经济的提高发挥着非常重要的作用。同时，我国是世界上煤矿事故频发的国家，在各类事故中，煤矿围岩灾害导致的事故伤亡人数居高不下，并且还严重摧毁巷道、破坏通风系统，随着煤矿开采深度的不断增大，灾害更为严重，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。为了保证巷道围岩的稳定，防止出现围岩大面积垮落或者产生过大变形而影响煤矿安全生产，现有煤矿一般采取巷道掘进后立即进行支护措施；近年来，锚杆作为巷道支护的主要工具，在采矿工程领域应用越来越广泛，对锚杆支护质量的检测也受到足够的重视。
光纤光栅作为一种新兴的研究领域，已经广泛的应用于光纤光栅传感技术方面，光纤光栅传感技术是随着光纤光栅制作技术的发展而崛起的一种崭新的传感技术，相比较传统的传感器，光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度等优点。因此，将光纤光栅传感器用于石油、岩土、煤矿等领域扩展成为趋势。
锚杆支护质量监测是煤矿巷道锚杆支护成套技术不可分割的重要组成部分。锚杆支护属于隐蔽性工程，支护设计不合理或者施工质量不好都有可能导致顶板垮落、两帮片落等巷道围岩灾害事故。因此，锚杆支护施工以后，必须对巷道围岩变形与破坏状况、锚杆受力分布和大小进行全面、系统的监测，判断巷道围岩的稳定程度和安全性。但是，现有的煤矿巷道围岩的安全监测基本上属于传统的监测技术手段。如电阻应变片式测力锚杆、液压式锚杆测力计等虽然具有不同的优点，但同时存在着各种缺点，具体表现有：采用人工间断观测和采集，监测结果滞后且获得的数据误差较大；测站断点式分布，不连续；易受电磁和井下潮湿环境干扰，可靠性低，监测效率不高，传感元件寿命短，不能实现实时在线监测和长期监测。因此，急需发明一种精度高、误差小、抗干扰能力强、寿命长、能进行远程长期监测的煤矿巷道锚杆应力的监测装置，提高煤矿巷道围岩的稳定性和安全性，保障煤矿的安全高效生产。
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、以锚杆为传感媒介、集成光纤光栅、多个应力测点反映全长锚固锚杆杆体应力分布状况、监测效果良好、测量精度高、抗干扰能力强、误差小、可远程长期监测的煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置。
为实现上述目的，本实用新型的煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置，包括锚杆、光栅、光纤，所述的锚杆沿轴向两侧对称开有凹槽，所述的光纤上至少设置有一个光栅，所述的光栅固定在锚杆两侧对称的凹槽内，固定有光栅的锚杆段上设有光纤光栅保护管，光栅导线从锚杆尾部引出与外部光纤连接接头相连。
所述锚杆沿轴向两侧对称开的凹槽的深为1-2mm，宽度为2-4mm；所述光纤上每一侧设置有3个光栅，其中靠近锚杆尾部的为温补光栅，另外两个为应变光栅，3个光栅分别通过高强度粘结剂将光栅粘贴在凹槽；所述的固定在锚杆段上的光纤光栅保护管长度比凹槽的长度长5-10cm；所述的光纤连接接头的接口型号为FC/PC。
有益效果：本实用新型与现有技术相比具有：
1、结构简单，安装简便，锚杆对称刻凹槽，光纤光栅按一定间距粘贴在锚杆凹槽，可实现锚杆不同段应力的分布式测量；
2、采用光纤光栅作为敏感元件，光纤光栅具有极高的测试精度和灵敏度，可获取极微小的应力变化信息，自动化程度高；
3、具体实施时，利用了光栅保护管套在锚杆杆体上，保护了锚杆上的光纤和光栅不受煤矿井下粗放式的施工影响；
4、锚杆每一侧均有3个光纤光栅，其中靠近锚杆尾部的温补光栅可补偿和修正测量时由于温度影响带来的误差；同时，为了最大限度减少误差，提高测量精度，每一对称光栅测量的应变值对应相加取平均值，即可得出各测点位置的平均应变，解决了在受力的过程中由于锚杆偏心造成各个部分受力不均、应变不一致的问题；
5、光纤光栅传感器无源工作，本质安全，采用光纤进行光信号传输，可靠性高，信号传输距离远，以光信号作为信息载体，不受煤矿中水、瓦斯及其他电磁辐射的影响，抗干扰能力强。
附图说明
图1为本实用新型锚杆应力测量装置的结构示意图；
图2为本实用新型锚杆应力测量装置A-A剖面图；
图3为本实用新型锚杆应力测量装置的安装示意图；
图中标号：1锚杆杆体，2凹槽，3光栅，4光纤，5光纤连接接头，6 光纤光栅保护管，7钻孔，8水泥砂浆，9巷道围岩，10托盘，11垫圈，12螺母。
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说明：
如图1所示，本实用新型的煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置,主要由锚杆1、光栅3、光纤4、光纤光栅保护管6构成，所述的锚杆1沿轴向两侧对称刻凹槽2，所述凹槽2的尺寸大小深为1-2mm，宽度为2-4mm,长度根据锚杆1的长度与所贴光栅数量和光栅间距而定，并且每一侧凹槽2对应一个光纤连接接头5。所述的光纤4设置有至少一个光栅3，图1所示的光纤4上每一侧设置有3个光栅，其中靠近锚杆尾部的为温补光栅，另外两个为应变光栅，并通过高强度粘结剂将光栅3固定在凹槽2内进行封装，封装时光栅3与锚杆1轴线平行。所述的光栅3粘贴在锚杆1对称凹槽2内，在锚杆1尾部引出可与外部相连的光纤连接接头5，所述的光纤连接接头5的接口型号为FC/PC，并且通过光纤与光纤光栅数据解调系统连接。所述的光纤光栅保护管6安置在锚杆杆体上，光纤光栅保护管6长度在凹槽2长度的基础上增大5-10cm，并固定设置在锚杆杆体上，将所粘贴的光栅3全部覆盖。
使用时，如图3所示，在巷道围岩9中钻入一个钻孔7，将装置插入钻孔7中，在钻孔7内注入水泥砂浆8，使其固定在巷道围岩9中，将光纤连接接头5引出钻孔7的外面，然后依次在锚杆1的外露端放入托盘10，垫圈11，最后用螺母12拧紧。
Claims (5)
1.一种煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置,包括锚杆（1）、光栅（3）、光纤（4），其特征在于：所述的锚杆（1）沿轴向两侧对称开有凹槽（2），所述的光纤（4）上至少设置有一个光栅（3），所述的光栅（3）固定在锚杆（1）两侧对称的凹槽（2）内，固定有光栅（3）的锚杆（1）段上设有光纤光栅保护管（6），光栅（3）导线从锚杆（1）尾部引出与外部光纤连接接头（5）相连。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置，其特征在于：所述锚杆（1）沿轴向两侧对称开的凹槽（2）的深为1-2mm，宽度为2-4mm。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置,其特征在于：所述光纤（4）上每一侧设置有3个光栅，其中靠近锚杆尾部的为温补光栅，另外两个为应变光栅，3个光栅分别通过高强度粘结剂将光栅（3）粘贴在凹槽（2）。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置，其特征在于：所述的固定在锚杆(1)段上的光纤光栅保护管（6）长度比凹槽（2）的长度长5-10cm。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下光纤光栅多测点锚杆应力测量装置，其特征在于：所述的光纤连接接头（5）的接口型号为FC/PC。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131030 Termination date: 20160426 |