CN111044007B - 一种充填体横向变形在线监测***及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充填体横向变形在线监测***及监测方法，属于矿山充填体监测技术领域。其包括双向位移测量装置、数据传输线、固定盘、通讯分站、通讯主站、电话线、地面数据采集仪及计算机***，双向位移测量装置埋设于充填体内，其用于对充填体的左右两侧及总横向变形进行测量；双向位移测量装置包括测量主体、延长线、钢管及固定在测量主体内的两个拉绳位移传感器，测量主体包括一壳体及与壳体相适配的上盖，钢管连接在测量主体的水平方向上，相邻的钢管通过螺纹彼此首尾相连，拉绳位移传感器的部分拉绳位于钢管内，在钢管内还设置连接环和上述延长线。本发明可以实现对充填体左右两侧及总横向变形的实时、在线远程监测。

Description

一种充填体横向变形在线监测***及监测方法

技术领域

本发明涉及矿山充填体监测技术领域，具体涉及一种充填体横向变形在线监测***及监测方法。

背景技术

充填开采是指地下煤炭资源采出之后利用充填材料充填采空区，充填体有效支撑上覆岩层，将地表移动变形值控制在建(构)筑物允许变形范围内，实现建(构)筑物下煤炭资源的安全回采，并同时保护矿区生态环境和地下水资源。充填开采是我国开采“三下”压煤的一种重要技术手段，近年来随着我国环保要求的不断提高，充填开采技术在我国的应用越来越广泛。

充填开采之后，充填体将作为承载结构支撑上覆岩层，充填体在井下的实际工作状态将直接决定地表移动变形值的大小，因此有必要对井下充填体的实际工作状态进行实时监测。CN202467929U和CN103528731A分别公开了一种充填体性能在线监测***和一种基于光纤光栅传感的煤矿膏体充填在线监测***，他们均是只对充填体的竖向变形和受力进行监测，而无法实现对充填体横向变形的监测。

充填体横向变形量是评价充填体长期稳定性的一个重要指标，因此研制一种充填体横向变形监测***是十分必要，其对评价充填体井下实际工作状态及稳定性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充填体横向变形在线监测***及监测方法，其可以实现对充填体左右两侧及总横向变形的实时、在线远程监测。

本发明的任务之一在于提供一种充填体横向变形在线监测***，其采用了以下技术方案：

一种充填体横向变形在线监测***，其包括双向位移测量装置、数据传输线、通讯分站、通讯主站、电话线、地面数据采集仪及计算机***，所述的双向位移测量装置通过数据传输线依次与所述的通讯分站、通讯主站连接，所述的通讯主站通过电话线与所述的地面数据采集仪连接，所述的地面数据采集仪将采集到的数据传输给所述的计算机***；

所述的双向位移测量装置埋设于充填体内部，其用于对所述充填体左右两侧及总横向变形进行测量；

所述的双向位移测量装置包括测量主体、钢管、延长线及固定在所述测量主体内的两个拉绳位移传感器，所述的测量主体包括一壳体及与所述壳体相适配的上盖，所述的壳体为中空长方体结构，在所述的壳体的左、右两侧分别设置一个拉绳出口，两个拉绳位移传感器的拉绳分别通过左、右两侧的拉绳出口引出，所述的拉绳位移传感器的拉绳引出端均朝向壳体左、右两侧的拉绳出口，并且两个拉绳位移传感器的拉绳轴线与所对应的拉绳出口轴线重叠；所述的壳体的后侧开设有两个出线孔，两个拉绳位移传感器的连接线分别由相对应的出线孔引出；

两个拉绳位移传感器的连接线与各自对应的出线孔之间均安装有用于防止充填初期浆液进入壳体内部的密封塞二；

所述的左、右两侧的拉绳出口在位于壳体外侧的部分设置有外螺纹，所述的钢管设置有若干段，与所述壳体相邻的钢管恰好旋转连接在所述的外螺纹上，其余钢管之间通过螺纹依次连接，所述的拉绳位移传感器的部分拉绳位于所述的钢管内，在所述的钢管内还设置延长线和连接环，所述的延长线与所述的拉绳位移传感器的拉绳通过连接环固定连接，连接好的延长线、拉绳位移传感器的拉绳和连接环横穿钢管内部；

用于对所述的延长线进行固定的固定盘，其包括档盘、密封塞一和紧固环，所述的档盘为中间有通透孔的圆盘/十字盘，所述档盘与所述的密封塞一固定连接，所述的延长线穿过所述密封塞一和通透孔后，通过所述的紧固环与所述的档盘连接。

作为本发明的一个优选方案，上述的壳体的上方开口处设置有用于与上述上盖紧密连接的密封圈，上述的拉绳位移传感器通过螺丝固定在上述的壳体内，上述的壳体与上盖之间通过螺栓连接。

进一步的，在上述的延长线的外表面涂有用于减小其运动过程中阻力的润滑油。

进一步的，上述的双向位移测量装置的数量根据测量目的确定，其数量≥1；上述的延长线的长度与钢管的数量也根据测量目的确定。

进一步的，上述的延长线为刚性构件，上述的通讯分站可以设置为若干个，每个通讯分站负责一个充填工作面或一个测区。

安装好的延长线处于一种预紧状态，以保证充填体带动挡板运动后可立即拉动拉绳位移传感器产生变形。

进一步的，上述的双向位移测量装置、固定盘、数据传输线、通讯分站、通讯主站及电话线位于井下，上述的地面数据采集仪和计算机***位于井上。

本发明的另一任务在于提供一种充填体横向变形监测方法，依次包括以下步骤：

S1、根据具体的测量目的，截取适当长度的延长线，并选取一定数量的钢管，将壳体与钢管、延长线和固定盘进行连接，并将连接好的双向位移测量装置安装到合适位置；

S2、将所述双向位移测量装置的连接线与所述数据传输线通过接线盒连接，将所述数据传输线与所述通讯分站连接，将通讯分站与通讯主站连接，将通讯分站与井下电话线进行连接，将井下电话线与地面数据采集仪进行连接，将地面数据采集仪与计算机***进行连接；

S3、通过编码器对所述双向位移测量装置进行编码，并对其进行归零；

S4、对采空区进行充填，通过计算机***对充填体左右两侧及总横向变形进行实时、在线远程监测。

与现有技术相比，本发明带来了以下有益技术效果：

第一、本发明通过双向位移测量装置、数据传输线、通讯分站、通讯主站、电话线、地面数据采集仪及计算机***相互配合，可以实现对充填体左右两侧及总横向变形的实时、在线远程监测。

第二、本发明充填体横向变形在线监测***，可实现对充填体全过程(自充填至最终)左右两侧及总横向变形的监测，而其他装置无法实现。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明充填体横向变形在线监测***的结构示意图；

图2为本发明双向位移测量装置的结构示意图；

图3为本发明双向位移测量装置内部结构示意图；

图4为本发明固定盘结构示意图；

图5为本发明充填体横向变形在线监测***的结构连接示意图。

附图标记说明：A、充填体，B、实体煤，1、双向位移测量装置，2、钢管，3、固定盘、31、档盘，32、密封塞一，33、紧固环，4、数据传输线，5、通讯分站，6、通讯主站，7、电话线，8、地面数据采集仪，9、计算机***，10、延长线，11、壳体，12、上盖，13、紧固螺栓，14、拉绳位移传感器，141、连接线，142、拉绳，143、连接环，144、垫圈，15、密封圈，16、右拉绳出口，17、左拉绳出口，18、出线孔，19、密封塞二。

具体实施方式

本发明提出了一种充填体横向变形在线监测***及监测方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

结合图1至图3所示，本发明一种充填体横向变形在线监测***，其包括双向位移测量装置1、固定盘3、数据传输线4、通讯分站5、通讯主站6、电话线7、地面数据采集仪8及计算机***9，双向位移测量装置通过数据传输线4依次与通讯分站5、通讯主站6连接，通讯主站通过电话线7与地面数据采集仪8连接，地面数据采集仪8将采集到的数据传输给计算机***9，其中，双向位移测量装置、固定盘、数据传输线、通讯分站、通讯主站及电话线布置于井下，上述的地面数据采集仪和计算机***布置于井上；双向位移测量装置1设置在充填体A内，其用于对充填体A的左右两侧及总横向变形进行测量。

本发明与现有技术相比，其可以实现对充填体左右两侧及总横向变形的监测，其主要通过双向位移测量装置来实现。

作为本发明的主要改进点，双向位移测量装置1包括测量主体、钢管、延长线和固定在测量主体内的两个拉绳位移传感器，所述的测量主体包括一壳体11及与壳体11相适配的上盖12，壳体11为中空长方体结构，在壳体的左、右两侧分别设置一个拉绳出口，分别是左拉绳出口17和右拉绳出口16，两个拉绳位移传感器的拉绳142分别通过左、右两侧的拉绳出口引出，所述的拉绳位移传感器的拉绳引出端均朝向壳体左、右两侧的拉绳出口，并且两个拉绳位移传感器的拉绳轴线与所对应的拉绳出口轴线重叠；这样设置的目的在于：通过设置两个拉绳位移传感器可以实现对充填体左右两侧横向变形的单独测量，对于研究充填体变形规律和评价充填体稳定性十分重要。同时“两个拉绳位移传感器的拉绳轴线与所对应的拉绳出口轴线重叠”可使拉绳在移动过程中保持“直线运动”，保证测量精度。

上述的壳体的后侧开设有两个出线孔18，两个拉绳位移传感器的连接线分别由相对应的出线孔18引出；

两个拉绳位移传感器14的连接线141与各自对应的出线孔之间均安装有用于防止充填初期浆液进入壳体内部的密封塞二19；

上述的左、右两侧的拉绳出口在位于壳体外侧的部分设置有外螺纹，与壳体相邻的钢管恰好通过旋转的方式与外螺纹连接在一起。

上述的测量主体的水平方向上连接有若干段钢管2，相邻的钢管2通过螺纹彼此首尾相连，钢管的数量也根据测量目的确定。

上述的拉绳位移传感器的部分拉绳位于钢管内，在钢管内还设置延长线10和连接环143，延长线与拉绳位移传感器的拉绳通过连接环143固定连接，连接好的延长线10、拉绳位移传感器的拉绳和连接环143横穿钢管内部，在连接环附近设置有垫圈144；

如图4所示，用于对延长线进行固定的固定盘3，其包括档盘31、密封塞一32和紧固环33，档盘为中间有通透孔的圆盘/十字盘，所述档盘与所述的密封塞一固定连接，所述的延长线穿过所述密封塞一和所述的通透孔后，通过紧固环33与档盘31连接；固定盘3将延长线进行固定，防止在充填体变形的过程中延长线不随充填体移动。

上述的壳体的上方开口处设置有用于与上述上盖紧密连接的密封圈15，上述的拉绳位移传感器通过螺丝固定在上述的壳体内，上述的壳体与上盖之间通过紧固螺栓13连接。

进一步的，在上述的延长线的外表面涂有用于减小其运动过程中阻力的润滑油。

进一步的，上述的双向位移测量装置的数量根据测量目的确定，其数量≥1；上述的延长线的长度与钢管的数量也根据测量目的确定。

进一步的，上述的延长线为刚性构件，安装好的延长线处于一种预紧状态，以保证充填体带动挡板运动后可立即拉动拉绳位移传感器产生变形。

上述的通讯分站可以设置为若干个，每个通讯分站负责一个充填工作面或一个测区。

进一步的，壳体11与上盖12优选高强度精钢材料。

下面结合具体实施例做详细说明。

实施例1：

一种充填体横向变形在线监测***，包括双向位移测量装置1、固定盘3、数据传输线4、通讯分站5、通讯主站6、电话线7(或以太网)、地面数据采集仪8及计算机***9。

上述的双向位移测量装置1包括测量主体、钢管、延长线及两个拉绳位移传感器14，测量主体包括壳体11和上盖12。

上述的壳体11为无盖中空长方体结构，上部开口位置处设置有密封圈15，拉绳位移传感器14通过螺丝固定于壳体11内；壳体11与上盖12之间通过螺栓13连接；壳体11与上盖12优选高强度精钢材料；壳体11左右两侧分别开设有一个拉绳出口16/17，拉绳位移传感器14的拉绳由此引出；左右两侧拉绳出口在壳体外侧设置有外螺纹。

上述拉绳位移传感器14的拉绳引出端朝向壳体左右两侧的拉绳出口，并且拉绳轴线与所对应的拉绳出口轴线重叠。

上述壳体11的一侧开设有两个出线孔18，两个拉绳位移传感器的连接线由此引出；

进一步的，拉绳位移传感器连接线与出线孔之间安装有密封塞二19，以防止充填初期浆液进入壳体内部。

进一步的，上述延长线10、拉绳和连接环143的尺寸小于钢管的内径。

进一步的，上述的延长线10与拉绳位移传感器14的拉绳通过连接环143固定连接，连接好的延长线、拉绳142和连接环143穿在钢管内部，并在其外侧涂有润滑油，以减小运动过程中的阻力。

钢管数量为若干，一端为内螺纹，一端为外螺纹，彼此首尾相连；固定盘包括档盘31、密封塞一32和紧固环33，档盘31为中间有通透孔的圆盘或十字盘，档盘31与密封塞一32固定连接，延长线10穿过密封塞一和档盘的中间孔后，通过紧固环33与档盘31连接。

延长线10为刚性构件，不会产生弹性变形。

延长线的长度和钢管的数量根据测量目的确定。

双向位移测量装置数量为若干，数量根据测量目的确定，引出的连接线141通过接线盒与数据传输线4连接，数据传输线4与通讯分站5连接。

通讯分站5数量为若干，每个通讯分站负责一个充填工作面或一个测区；

通讯主站6为1个，通讯分站5与通讯主站6连接；

通讯主站6与井下电话线7(或以太网)连接；

电话线7(或以太网)与地面数据采集仪8连接；

计算机***数量为若干，与所述地面数据采集仪连接。

如图5所述，本发明充填体横向变形在线监测***应用在实体煤B中间的充填体A中。

实施例2：

实施例1充填体横向变形在线监测***的安装及使用方法为：

第一步：根据具体的测量目的，截取适当长度的延长线，并选取一定数量的钢管，将壳体与钢管、延长线和固定盘进行连接，并将连接好的双向位移测量装置安装到合适位置；

第二步：将所述双向位移测量装置的连接线与所述数据传输线通过接线盒连接，将所述数据传输线与所述通讯分站连接，将通讯分站与通讯主站连接，将通讯分站与井下电话线(以太网或光线)进行连接，将井下电话线(以太网或光线)与地面数据采集仪进行连接，将地面数据采集仪与计算机***进行连接；

第三步：通过编码器对所述双向位移测量装置进行编码，并对其进行归零。

第四步：对采空区进行充填，通过计算机***对充填体左右两侧及总横向变形进行实时、在线远程监测。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种充填体横向变形在线监测***，其包括双向位移测量装置、固定盘、数据传输线、通讯分站、通讯主站、电话线、地面数据采集仪及计算机***，所述的双向位移测量装置通过数据传输线依次与所述的通讯分站、通讯主站连接，所述的通讯主站通过电话线与所述的地面数据采集仪连接，所述的地面数据采集仪将采集到的数据传输给所述的计算机***，其特征在于：

所述的双向位移测量装置埋设于充填体内，其用于对所述充填体的左右两侧及总横向变形进行测量；

所述的双向位移测量装置包括测量主体、延长线、钢管和固定在所述测量主体内的两个拉绳位移传感器，所述的测量主体包括一壳体及与所述壳体相适配的上盖，所述的壳体为中空长方体结构，在所述的壳体的左、右两侧分别设置一个拉绳出口，两个拉绳位移传感器的拉绳分别通过左、右两侧的拉绳出口引出，位于左侧的拉绳位移传感器的拉绳引出端朝向壳体左侧的拉绳出口，位于右侧的拉绳位移传感器的拉绳引出端朝向壳体右侧的拉绳出口，并且两个拉绳位移传感器的拉绳轴线与所对应的拉绳出口轴线重叠；所述的壳体的后侧开设有两个出线孔，两个拉绳位移传感器的连接线分别由相对应的出线孔引出；

两个拉绳位移传感器的连接线与各自对应的出线孔之间均安装有用于防止充填初期浆液进入壳体内部的密封塞二；

所述的左、右两侧的拉绳出口在位于壳体外侧的部分设置有外螺纹，所述的钢管设置有若干段，与所述壳体相邻的钢管恰好旋转连接在所述的外螺纹上，其余钢管之间通过螺纹依次连接，所述的拉绳位移传感器的部分拉绳位于所述的钢管内，在所述的钢管内还设置有延长线和连接环，所述的延长线与所述的拉绳位移传感器的拉绳通过连接环固定连接，连接好的延长线、拉绳位移传感器的拉绳和连接环横穿钢管内部；

用于对所述的延长线进行固定的固定盘，其包括档盘、密封塞一和紧固环，所述的档盘为中间有通透孔的圆盘/十字盘，所述档盘与所述的密封塞一固定连接，所述的延长线穿过所述密封塞一和通透孔后，通过所述的紧固环与所述的档盘连接。

2.根据权利要求1所述的一种充填体横向变形在线监测***，其特征在于：所述的壳体的上方开口处设置有用于与所述上盖紧密连接的密封圈，所述的拉绳位移传感器通过螺丝固定在所述的壳体内，所述的壳体与上盖之间通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的一种充填体横向变形在线监测***，其特征在于：在所述的延长线的外表面涂有用于减小其运动过程中阻力的润滑油。

4.根据权利要求1所述的一种充填体横向变形在线监测***，其特征在于：所述的双向位移测量装置的数量根据测量目的确定，其数量≥1；所述的延长线的长度与钢管的数量也根据测量目的确定。

5.根据权利要求1所述的一种充填体横向变形在线监测***，其特征在于：所述的延长线为刚性构件，所述的通讯分站可以设置有若干个，每个通讯分站负责一个充填工作面或一个测区。

6.根据权利要求1所述的一种充填体横向变形在线监测***，其特征在于：所述的双向位移测量装置、固定盘、数据传输线、通讯分站、通讯主站及电话线位于井下，所述的地面数据采集仪和计算机***位于井上。

7.一种充填体横向变形监测方法，其特征在于，其采用权利要求1～6任一项所述的充填体横向变形在线监测***，所述的监测方法依次包括以下步骤：

S1、根据具体的测量目的，截取适当长度的延长线，并选取一定数量的钢管，将壳体与钢管、延长线和固定盘进行连接，并将连接好的双向位移测量装置安装到合适位置；

S2、将所述双向位移测量装置的连接线与所述数据传输线通过接线盒连接，将所述数据传输线与所述通讯分站连接，将通讯分站与通讯主站连接，将通讯分站与电话线连接，将电话线与地面数据采集仪连接，计算机***与地面数据采集仪连接；

S3、通过编码器对所述双向位移测量装置进行编码，并对其进行归零；

S4、对采空区进行充填，通过计算机***对充填体左右两侧及总横向变形进行实时、在线远程监测。

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