CN213598023U - 一种煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警*** - Google Patents

Abstract

本实用新型一种煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警***，包括监控中心，分布式设在巷道壁面与埋入围岩钻孔的多组无线传感器节点，设在巷道壁面上的多个监控分站、若干个单片机，无线传感器节点，包括离层传感器，移近量传感器，激光测距传感器、正方体三维应力监测传感器，所述监控分站，与单片机无线数据连接，包括中央处理器，与中央处理器连接的无线通信模块、显示模块、报警器，同时将采集信息通过工业以太网通信***传递至地面监控中心，本实用新型监测预警***，可以实时监控巷道内的应力集中部位，并及时反馈给地面监控中心，最大限度的保证安全生产。

Description

一种煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警***

技术领域

本实用新型属于煤矿井下安全设备领域，具体涉及一种煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警***，普遍适用于井下巷道围岩应力与形变的实时动态监测，用于指导矿井采掘过程的顶板安全管理和煤岩动力灾害防控。

背景技术

近年来，煤矿开采过程中频繁发生的重大安全事故，已经引起了***、国务院的高度重视，并引起社会的广泛关注。在各类煤矿事故中，顶板事故仍居前位，顶板灾害事故是指在煤矿井下生产过程中，顶板意外冒落造成的人员伤亡、设备损毁、生产终止等事故。顶板事故相对于煤矿瓦斯***、透水等事故而言，虽然每次死亡人数比较少，但其事故发生频率高，事故总量大，也是控制煤矿事故总量的重点。多年来，我国煤矿的顶板事故及顶板灾害以其点多面广、控制难度大等特点，在各类煤矿事故中一直居于前列。由于顶板灾害受煤层赋存条件、地质构造、采掘活动及开采技术等多种因素影响，目前还没有措施能完全预防顶板事故的发生，所以在煤矿开采过程中对工作面顶板安全实时动态监测就显得尤为重要，这能够极大地保证煤矿人员及财产的安全。随着生产能力的提高、开采强度的增大和向深部开采转移，顶板安全等问题越来越凸现，回采工作面上覆岩层初次来压与周期来压的矿压变化规律不清楚。我国几乎所有煤矿都面临开采顶板安全问题，而这些问题往 往由于局限于相对落后的监测手段和信息处理技术而被忽略，这是顶板管理不到位的主要原因。因此，着眼于国内研究的前列，充分利用网络资源，建立矿山巷道围岩安全综合监测***，对促使煤矿安全上一新台阶具有实际意义，在全国煤矿中具有重要推广应用价值。

随着采空区的不断扩大和煤层附近地应力的不断调整,就会引起煤层和煤层附近地层中的裂隙不断发育、扩大,煤层上、下方的隔水层就可能因裂隙扩张而导通含水层, 煤层的顶、底板就可能出现冒顶、底鼓、自然垮落,煤层中吸附态的瓦斯就可能释放出一部分充填在裂隙中,使得游离态的瓦斯含量增加,面对这些水文、地质条件随时间变化的复杂情况,在那些潜伏着不同地质灾害隐患的矿井。目前，能有效反映工作面顶板安全的指标有顶板压力、端面冒高、顶底板移近量等。矿井在开采之前，煤岩体普遍受到重力的作用，各个方面的受力是平衡的，表现不出压力现象，矿井在生产期间，随着采掘工作的进行，形成一定的空间，使顶板岩石悬露，从而破坏了地层原有的平衡稳定状态，岩石开始移动，发生变形，这种岩石活动所产生的力，叫矿山压力。在矿山压力的作用下，造成顶板下沉、破碎、支架压坏、片帮、煤体变形等现象，称为矿山的压力显现，矿山压力显现是矿山压力作用的结果。顶底板移近量是在液压支架支撑作用下，回采空间受采动影响，围岩变形移动的反映，所以用它可以评价综采工作面顶板稳定程度、支架支护效果及适应性，为支架选型、设计（支架的结构、高度等）提供数据，为改进顶板管理提出建议。另外用它可以判定老顶初次来压、周期来压的步距和强度，从而掌握综采工作面围岩运动规律，为保证工作面安全，国家规定每米采高的顶底板移近量不大于100mm。当前在我国还没有找到比顶底板移近量衡量综采工作面支护效果更好的指标，因此顶底板移近量的观测是不容忽视的观测项目。端面距是指液压支架前探梁到煤壁之前的距离，规定不能超过340mm，端面冒高指这段距离的冒落高度，规定距离不能超过300mm。当直接顶端面冒高小于临界冒高时，可以形成稳定的冒落拱，冒落高度大于临界高度时，直接顶岩体难以形成稳定的冒落拱，导致综采面出现严重的冒顶事故。有效控制碎裂结构直接顶的漏冒，必须将端面顶板冒高控制在临界高以内。但目前，这3个有效指标都是靠人工通过相互独立的仪器测得，一方面不能保证数据的准确性，另一方面也不能实时动态地监测各指标，再加上煤矿顶板事故的不确定性、偶然性，这就为工作面顶板事故埋下了隐患，严重威胁煤矿的财产和工人的生命安全。

发明内容

本实用新型的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种测量参数全面，方法简便，测量精度高，灵敏度高，使用效果好的煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警***。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警***，

包括监控中心，分布式设在巷道壁面与埋入围岩钻孔的多组无线传感器节点，设在巷道壁面上的多个监控分站、若干个单片机，

所述无线传感器节点，包括离层传感器，移近量传感器，激光测距传感器、正方体三维应力监测传感器，所述正方体三维应力监测传感器设置在采掘工作面或煤岩动力现象显著的巷道两侧壁按照顺层、逆层方向布置的钻孔及顶底板顺层方向成20°～ 30°夹角分别布置的钻孔内，所述正方体三维应力监测传感器的三个正交面上设置有凹槽，凹槽内按照等角应变组合建立配置模型布置三个电阻式应变传感单元，表面覆盖保护涂层；所述移近量传感器、离层传感器、激光测距传感器设置在巷道顶、底板及两侧巷壁上的钻孔内；所述无线传感器节点与监控分站通过A/D转换器与单片机连接，

所述监控分站，与单片机无线数据连接，包括中央处理器，与中央处理器连接的无线通信模块、显示模块、报警器，用于动态采集传感器节点信息并实时显示，同时将采集信息通过工业以太网通信***传递至地面监控中心，

所述地面监控中心，与监控分站线路连接，由工控机、显示器，工控机用于统计显示动态分布曲线，实时记录并研判巷道形变及风险，出现异常触发地面及井下同时报警。

所述无线传感器节点的相同类型传感器每隔100～150米布设一组。

所述监控分站在巷道内每个100～150米布置一个。

本实用新型监测预警***，可以实时监控巷道内的应力集中部位，并及时反馈给地面监控中心，为工作人员判断矿井动力现象危险点，分析预测矿井动力现象发生规律提供参考。最大限度的保证安全生产。

附图说明

图1 本实用新型的结构示意图。

图2 本实用新型围岩钻孔三维应力监测原理与无线传感器节点示意图。

图3 本实用新型形变监测无线传感器节点示意图。

图4本实用新型巷道应力形变监测监控分站示意图。

图5本实用新型巷道应力-形变监控预警***图。

图6为本实用新型的围岩钻孔三维应力监测原理。

图7为本实用新型的三个电阻式应变传感单元的等角应变组合建立配置模型。

具体实施方式

如图1-7所示，一种煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警***，

包括监控中心，分布式设在巷道壁面与埋入围岩钻孔的多组无线传感器节点，设在巷道壁面上的多个监控分站1、若干个单片机6，

无线传感器节点，包括型号为GUD-500的离层传感器2，型号为KBU101-200的移近量传感器3，型号为MSE-LT150的激光测距传感器4、正方体三维应力监测传感器5，其中正方体三维应力监测传感器5的三个正交面上设置有凹槽，凹槽内按照等角应变组合建立配置模型布置三个电阻式应变传感单元，表面覆盖保护涂层，正方体三维应力监测传感器设置在采掘工作面或煤岩动力现象显著的巷道两侧壁按照顺层、逆层方向布置的钻孔及顶底板顺层方向成20°～ 30°夹角分别布置的钻孔内，正方体三维应力监测传感器由中空弹性杆置入钻孔中，监测传感器的信号传输电缆由中空弹性杆导出巷道壁位置，通过型号为AD7706BRZ的多通道A/D转换器与型号为P89LPC932的单片机6连接，钻孔三维应力传感器置入后，要进行封孔，水泥砂浆封孔压力1MPa，保持10分钟；移近量传感器、离层传感器、激光测距传感器设置在巷道顶、底板及两侧巷壁上的钻孔内；

在巷道顶、底板及两侧巷壁上分别布置离层传感器，将探头置入到巷壁围岩内；在巷道顶、底板及左右侧壁巷壁表面上分别对称布置激光测距传感器的发射模块和接受模块，两个模块需要正对，偏差角度为±15°通过收发信号计算间距，实现巷道围岩相对距离的全方位监测；在巷道顶、底板及两侧巷壁表面分别布置移进量传感器；离层传感器传感器、红外测距传感器、移进量传感器信号连接型号为AD7706BRZ的多通道A/D转换器传入型号为MSP430F的单片机，单片机处理监测信息并通过无线收发模块传递给监控分站；

监控分站1，与单片机通过型号为CC2530的双工无线收发组网模块无线连接，包括中央处理器，与中央处理器连接的无线通信模块、显示模块、报警器，用于动态采集传感器节点信息并实时显示，同时将采集信息通过工业以太网通信***传递至地面监控中心，

地面监控中心，与监控分站线路连接，由工控机、显示器，工控机用于统计显示动态分布曲线，实时记录并研判巷道形变及风险，出现异常触发地面及井下同时报警。

无线传感器节点的相同类型传感器每隔100～150米布设一组。

监控分站在巷道内每个100～150米布置一个。

Claims (3)

1.一种煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警***，其特征在于：

包括监控中心，分布式设在巷道壁面与埋入围岩钻孔的多组无线传感器节点，设在巷道壁面上的多个监控分站、若干个单片机，

所述无线传感器节点，包括离层传感器，移近量传感器，激光测距传感器、正方体三维应力监测传感器，所述正方体三维应力监测传感器设置在采掘工作面或煤岩动力现象显著的巷道两侧壁按照顺层、逆层方向布置的钻孔及顶底板顺层方向成20°～ 30°夹角分别布置的钻孔内，所述正方体三维应力监测传感器的三个正交面上设置有凹槽，凹槽内按照等角应变组合建立配置模型布置三个电阻式应变传感单元，表面覆盖保护涂层；所述移近量传感器、离层传感器、激光测距传感器设置在巷道顶、底板及两侧巷壁上的钻孔内；所述无线传感器节点与监控分站通过A/D转换器与单片机连接，

所述监控分站，与单片机无线数据连接，包括中央处理器，与中央处理器连接的无线通信模块、显示模块、报警器，用于动态采集传感器节点信息并实时显示，同时将采集信息通过工业以太网通信***传递至地面监控中心，

所述地面监控中心，与监控分站线路连接，由工控机、显示器，工控机用于统计显示动态分布曲线，实时记录并研判巷道形变及风险，出现异常触发地面及井下同时报警。

2.根据权利要求1所述的煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警***，其特征在于：所述无线传感器节点的相同类型传感器每隔100～150米布设一组。

3.根据权利要求1所述的煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警***，其特征在于：所述监控分站在巷道内每个100～150米布置一个。

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