RU2627051C1 - Device and method for monitoring roof separation layer on basis of fiber grid in mining - Google Patents
Device and method for monitoring roof separation layer on basis of fiber grid in mining Download PDFInfo
- Publication number
- RU2627051C1 RU2627051C1 RU2016110150A RU2016110150A RU2627051C1 RU 2627051 C1 RU2627051 C1 RU 2627051C1 RU 2016110150 A RU2016110150 A RU 2016110150A RU 2016110150 A RU2016110150 A RU 2016110150A RU 2627051 C1 RU2627051 C1 RU 2627051C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- measuring point
- roof
- separation layer
- deep
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 98
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000005065 mining Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 4
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 241001494479 Pecora Species 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C39/00—Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
- E21D21/0093—Accessories
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
- E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к устройству для мониторинга и способу мониторинга, в частности устройству на основе волоконной решетки и способу мониторинга отделительного слоя кровли в горной разработке, которые применимы для измерения и раннего предупреждения обрушения кровли в штреке угольной шахты и на очистном забое.The present invention relates to a device for monitoring and a monitoring method, in particular a device based on a fiber grating and a method for monitoring the separation layer of a roof in a mining, which are applicable for measuring and early warning of roof collapse in a drift of a coal mine and on a face.
Уровень техникиState of the art
В последнее время, поскольку технологии разработки угля постоянно улучшаются, горнодобывающая промышленность в Китае развивается быстрее и становится лучше. Вместе с тем, поскольку глубина разработки угля увеличивается, проявления подземного давления в угольных шахтах становятся все более заметными, и результаты аварий становятся все более тяжелыми. Отделительный слой кровли является одной из главных форм деформации и повреждения окружающей горной породы в штреках, и для штреков с крепью анкерными стержнями отделительный слой кровли является наиболее серьезной потенциальной угрозой безопасности. Поэтому требуется вести непрерывный мониторинг данных отделения и смещения кровли штрека, для изучения правильности параметров установки анкерных стержней, стабильности кровли и развития трещин в покрывающих горных породах кровли штрека, и т.д. Серьезные аварии, связанные с кровлей, такие как обрушение кровли, могут происходить, когда отделительный слой кровли выходит за определенные пределы, когда надлежащие меры по креплению своевременно не приняты.Recently, as coal mining technology is constantly improving, the mining industry in China is developing faster and getting better. At the same time, as the depth of coal mining increases, the manifestations of underground pressure in coal mines are becoming more noticeable, and the results of accidents are becoming more severe. The separation layer of the roof is one of the main forms of deformation and damage to the surrounding rock in the drifts, and for drifts with anchor rods, the separation layer of the roof is the most serious potential safety hazard. Therefore, it is necessary to continuously monitor the data of separation and displacement of the roof of the drift, to study the correctness of the installation parameters of the anchor rods, the stability of the roof and the development of cracks in the covering rocks of the roof of the drift, etc. Serious roof-related accidents, such as collapsing roofs, can occur when the separation layer of the roof goes beyond certain limits, when proper fastening measures are not taken in a timely manner.
В настоящее время, большинство устройств для мониторинга отделительного слоя кровли, обычно применяемых в окружающей среде в угольных шахтах в Китае, являются механическими измерительными приборами индикации отделительного слоя кровли штрека или измерительными приборами индикации отделительного слоя кровли штрека, в которых применяются электрические элементы /компоненты, подающие звуковые и визуальные сигналы тревоги. Хотя измерения указанных приборов дают положительный результат в предотвращении обрушения кровли, они также имеют следующие недостатки: все такие приборы предусматривают периодическое наблюдение персоналом и измерение отделительного слоя кровли, считывание данных с них под землей является неудобным, вероятность ошибок, обусловленных человеческим фактором является высокой, и точность является низкой, невозможным является автоматический и непрерывный мониторинг и передача данных для отделительного слоя кровли, невозможным является автоматическое предупреждение о отделительном слое кровли по данным и имеется сильное влияние на безопасность и надежность штрека и горных работ. Таким образом, большую важность имеет реализация автоматического мониторинга нестабильности кровли и отделения, для проведения мониторинга в режиме реального времени и диалоговом режиме, а также своевременное предупреждение о отделительном слое кровли штрека с крепью анкерными стержнями, научно-основанного и точного, так что эффективные измерения можно проводить своевременно для предотвращения внезапных повреждений.Currently, the majority of devices for monitoring the separation layer of roofs, commonly used in the environment in coal mines in China, are mechanical measuring devices for indicating the separation layer of the roof of the drift or measuring devices for indicating the separation layer of the roof of the drift, in which electric elements / components are used, which supply sound and visual alarms. Although the measurements of these devices give a positive result in preventing roof collapse, they also have the following disadvantages: all such devices provide for periodic monitoring by personnel and measuring the separation layer of the roof, reading data from them underground is inconvenient, the probability of errors caused by the human factor is high, and accuracy is low, automatic and continuous monitoring and data transfer for the roof covering layer is impossible, impossible is automatic warning of the roof separation layer according to the data and there is a strong influence on the safety and reliability of the drift and mining. Thus, of great importance is the implementation of automatic monitoring of roof and branch instability, for real-time monitoring and dialogue monitoring, as well as timely warning of the roof layer of the drift roof with anchor rods, scientifically based and accurate, so that effective measurements can carry out in a timely manner to prevent sudden damage.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническая проблема: Для преодоления недостатков уровня техники в настоящем изобретении предложены устройство и способ мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки в горной разработке, обеспечивающие эффективный мониторинг и высокую точность измерения, своевременное предупреждение и подачу тревожного сигнала, имеющие высокую надежность и поддерживающие мониторинг в режиме реального времени.Technical problem: In order to overcome the drawbacks of the prior art, the present invention provides a device and method for monitoring the separation layer of a roof based on a fiber grating in mining, providing effective monitoring and high accuracy of measurement, timely warning and alarm, having high reliability and supporting monitoring in the mode real time.
Техническая схема: Устройство для мониторинга отделительного слоя на основе волоконной решетки кровли при производстве горных работ, созданное настоящим изобретением, содержит: перпендикулярный измерительный ствол, установленный в пробуренном в кровле отверстии; компоновочный кожух, присоединенный снизу к перпендикулярному измерительному стволу; установочный кронштейн направляющего ролика и установочный кронштейн ролика со стальной лентой, установленные симметрично на верхней части компоновочного кожуха;Technical scheme: A device for monitoring the separation layer based on the fiber lattice of the roof during mining, created by the present invention, comprises: a perpendicular measuring shaft installed in a hole drilled in the roof; a layout casing attached from below to a perpendicular measuring shaft; a guide roller mounting bracket and a roller mounting bracket with a steel tape mounted symmetrically on the top of the layout casing;
консольные балки постоянной прочности, установленные симметрично на нижней части компоновочного кожуха; выводные отверстия волокна, расположенные симметрично на левой стороне и правой стороне компоновочного кожуха;cantilever beams of constant strength mounted symmetrically on the lower part of the layout casing; fiber outlets symmetrically located on the left side and the right side of the layout casing;
направляющие ролики, установленные на установочном кронштейне направляющего ролика;guide rollers mounted on a guide roller mounting bracket;
ролики со стальной лентой, установленные на установочном кронштейне ролика со стальной лентой;steel tape rollers mounted on a roller mounting bracket with a steel tape;
натяжные пружины, установленные, соответственно, на противоположных концах консольных балок постоянной прочности, установленных симметрично, с другим концом каждой из двух натяжных пружин, соединенным со стальным проволочным канатом, который проходит через ролики со стальной лентой и направляющие ролики и выводится наружу из выводного отверстия стального проволочного каната на вершине перпендикулярного измерительного ствола, с концом стального проволочного каната выведенным наружу из выводного отверстия, соединенным с анкерной головкой, имеющей по меньшей мере два анкерных захвата;tension springs installed, respectively, on opposite ends of cantilever beams of constant strength, mounted symmetrically, with the other end of each of the two tension springs connected to a steel wire rope that passes through the rollers with steel tape and guide rollers and is brought out from the outlet of the steel wire rope on top of a perpendicular measuring shaft, with the end of a steel wire rope brought out from the outlet, connected to the anchor head a sheep having at least two anchor grips;
и волоконную решетку А и волоконную решетку В, установленные симметрично на левой стороне и правой стороне консольных балок постоянной прочности, выведенные посредством одинакового волокна из выводного отверстия волокна и соединенные с соединителем волокна, причем выводное отверстие волокна заполняется герметиком, применяемым для уплотнения выводного отверстия волокна, и волокно, выведенное из выводного отверстия волокна, бронировано резиновой защитной оболочкой.and fiber grating A and fiber grating B, mounted symmetrically on the left side and right side of cantilever beams of constant strength, brought out by the same fiber from the fiber outlet and connected to the fiber connector, the fiber outlet being filled with a sealant used to seal the fiber outlet, and the fiber withdrawn from the fiber outlet is armored with a rubber sheath.
Перпендикулярный измерительный ствол имеет диаметр 30-35 мм и длину 250-350 мм.The perpendicular measuring shaft has a diameter of 30-35 mm and a length of 250-350 mm.
Анкерная головка выполнена с 2-4 анкерными захватами.The anchor head is made with 2-4 anchor captures.
Волоконная решетка А и волоконная решетка В имеют одинаковую форму и размер, но имеют отличающиеся значения длины волны.Fiber grating A and fiber grating B have the same shape and size, but have different wavelengths.
Максимальная длина стального проволочного каната составляет 7 м.The maximum length of a steel wire rope is 7 m.
Направляющий ролик является пластмассовым несущим роликом с U-образной канавкой.The guide roller is a plastic carrier roller with a U-groove.
Горные работы для мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки при производстве горных работ с помощью устройства, описанного выше:Mining operations for monitoring the separation layer of a roof based on a fiber grating in mining operations using the device described above:
a. в штреке с крепью анкерными стержнями бурение до заданной глубины к окрестности анкерных стержней, которые крепят кровлю штрека;a. in a drift with roof support by anchor rods, drilling to a predetermined depth to the vicinity of anchor rods that secure the roof of the drift;
b. расположение измерительной точки мелкого заложения и измерительной точки глубокого заложения в отверстии, при этом, измерительную точку мелкого заложения располагают на одном уровне с верхним концом поддерживающих кровлю анкерных стержней, а измерительную точку глубокого заложения располагают в образовании стабильной горной породы в верхнем конце отверстия;b. the location of the shallow measuring point and the deep measuring point in the hole, while the shallow measuring point is located on the same level as the upper end of the roof supporting anchor rods, and the deep measuring point is located in the formation of stable rock at the upper end of the hole;
c. проталкивание с применением установочной штанги анкерной головки в измерительную точку глубокого заложения на верхнем конце отверстия, и проталкивание другой анкерной головки в измерительную точку мелкого заложения, при этом стальной проволочный канат, намотанный на ролик со стальной лентой, разматывается; плавное подтягивание компоновочного кожуха для обеспечения анкерного прикрепления анкерных захватов на анкерной головке к образованию горной породы;c. pushing with the aid of the mounting rod of the anchor head into the measuring point of deep laying at the upper end of the hole, and pushing the other anchor head into the measuring point of shallow laying, while the steel wire rope wound on a roller with a steel tape is unwound; smooth pulling of the layout casing to ensure anchor attachment of the anchor grips on the anchor head to the formation of rock;
d. соединение соединителя волокна снаружи компоновочного кожуха с соединительной коробкой волокна;d. connecting the fiber connector from the outside of the housing to the fiber junction box;
e. индикация изменения напряжения стального проволочного каната посредством значений длины волны волоконной решетки А и волоконной решетки В, демодулирование значений длины волны в цифровой сигнал с применением демодулятора длины волны, передача на компьютер так, что величина отделительного слоя кровли отображается визуально в режиме реального времени, построение кривой графика изменения величины отделительного слоя согласно величине отделения, оценка на предмет наличия очевидного отделительного слоя в противопоставлении заданному порогу отделительного слоя для мониторинга изменения данных отделительного слоя кровли в режиме реального времени:e. Indication of the voltage change of the steel wire rope using the wavelength values of fiber grating A and fiber grating B, demodulating wavelengths into a digital signal using a wavelength demodulator, transferring it to a computer so that the value of the separation layer of the roof is visually displayed in real time, plotting a curve the schedule for changing the size of the separation layer according to the size of the separation, the assessment for the presence of an obvious separation layer in contrast to a given Orogen the separating layer to monitor data changes in the separating layer of the roof in real time:
(1) можно определить, что отделительный слой отсутствует в кровле или положение отделительного слоя кровли находится выше измерительной точки глубокого заложения, когда в данных на измерительной точке глубокого заложения нет изменения, в данных на измерительной точке мелкого заложения нет изменения, и в разности данных между измерительной точкой глубокого заложения и измерительной точкой мелкого заложения нет изменения; в таком случае, увеличение глубины измерительной точки глубокого заложения для мониторинга на предмет наличия какого-либо изменения данных на измерительной точке глубокого заложения или на измерительной точке мелкого заложения и дополнительная оценка состояния отделительного слоя кровли;(1) it is possible to determine that the separation layer is absent in the roof or the position of the separation layer of the roof is higher than the deep-lying measuring point, when there is no change in the data at the deep-lying measuring point, there is no change in the data at the shallow-laying measuring point, and the difference between the data between measuring point of deep laying and measuring point of shallow laying there is no change; in this case, an increase in the depth of the deep laying measuring point for monitoring for any data changes at the deep laying measuring point or at the shallow measuring measuring point and an additional assessment of the condition of the roof covering layer;
(2) можно определить, что отделительный слой кровли расположен между измерительной точкой глубокого заложения и измерительной точкой мелкого заложения, когда данные на измерительной точке глубокого заложения увеличиваются постепенно, в данных на измерительной точке мелкого заложения нет изменения, и разность данных между измерительной точкой глубокого заложения и измерительной точкой мелкого заложения увеличивается постепенно;(2) it can be determined that the separation layer of the roof is located between the measuring point of deep laying and the measuring point of shallow laying, when the data at the measuring point of deep laying are increasing gradually, there is no change in the data at the measuring point of small laying, and the data difference between the measuring point of deep laying and the measuring point of shallow increases gradually;
(3) можно определить, что отделительный слой кровли расположен ниже измерительной точки мелкого заложения, когда данные на измерительной точке глубокого заложения увеличиваются постепенно, данные на измерительной точке мелкого заложения увеличиваются постепенно, и степень увеличения на измерительной точке глубокого заложения является одинаковой со степенью увеличения на измерительной точке мелкого заложения.(3) it can be determined that the separation layer of the roof is located below the shallow measuring point, when the data at the deep laying measuring point are increasing gradually, the data at the shallow laying measuring point are increasing gradually, and the degree of increase at the deep laying measuring point is the same with the degree of increase by measuring point shallow.
Технические результаты: В настоящем изобретении применяется компенсация разности температур, достигается интерактивное измерение отделительного слоя кровли, и может предотвращаться возникновения аварий с обрушением кровли. Таким образом, настоящее изобретение имеет большую важность для безопасного строительства и достижения стабильности штреков с крепью анкерными стержнями. В сравнении с уровнем техники настоящее изобретение достигает высокой эффективности мониторинга и высокой точности измерения, может своевременно давать предупреждение и подавать тревогу по данным отделительного слоя, имеет высокую надежность и поддерживает автоматический и непрерывный мониторинг в режиме реального времени и в диалоговом режиме. Настоящее изобретение в основном имеет следующие преимущества.Technical results: In the present invention, temperature difference compensation is applied, an interactive measurement of the separation layer of the roof is achieved, and accidents with collapse of the roof can be prevented. Thus, the present invention is of great importance for the safe construction and stability of the drifts with a support anchor rods. Compared with the prior art, the present invention achieves high monitoring efficiency and high measurement accuracy, can give a warning and alarm in time according to the separation layer, has high reliability and supports automatic and continuous monitoring in real time and in interactive mode. The present invention generally has the following advantages.
1. Поскольку применяются ролики со стальной лентой, и стальной проволочный канат наматывается на ролики со стальной лентой, величину отделения можно точно измерить вне зависимости от величины смещения при отделении, если только длина стального проволочного каната является достаточной.1. Since rollers with steel tape are used and the steel wire rope is wound on rollers with steel tape, the amount of separation can be accurately measured regardless of the amount of displacement during separation, provided that the length of the steel wire rope is sufficient.
2. Поскольку применяемые волоконные решетки имеют очень высокие показатели чувствительности, даже тривиальное изменение смещения при отделении можно измерить, и тревожный или предупредительный сигнал можно подать точно и надлежащим образом.2. Since the fiber arrays used have very high sensitivity values, even a trivial change in displacement during separation can be measured, and an alarm or warning can be given accurately and appropriately.
3. Волоконные решетки могут обеспечивать сбор и обработку данных непосредственно на месте подземных работ, и способ является удобным и гибким, с высокой функциональной устойчивостью к электромагнитным помехам; одновременно, волокна можно применять для передачи сигнала с обеспечением передачи сигналов на большое расстояние, высокой надежностью и широким диапазоном измерения.3. Fiber arrays can provide data collection and processing directly at the site of underground operations, and the method is convenient and flexible, with high functional resistance to electromagnetic interference; at the same time, the fibers can be used for signal transmission, providing signal transmission over a long distance, high reliability and a wide measuring range.
4. Настоящее изобретение реализует интерактивное измерение отделительного слоя кровли, и величина отделительного слоя кровли преобразует смещение отделительного слоя в изменение отклонения на свободном конце консольной балки постоянной прочности с помощью стального проволочного каната и натяжной пружины, так что изменяется центральная длина волны волоконной решетки, прикрепленной к правой стороне и левой стороне консольной балки постоянной прочности; таким образом, величину отделительного слоя кровли можно вычислить посредством измерения изменения длины волны волоконных решеток.4. The present invention implements an interactive measurement of the separation layer of the roof, and the value of the separation layer of the roof converts the offset of the separation layer into a change in the deviation at the free end of the cantilever beam of constant strength using a steel wire rope and a tension spring, so that the central wavelength of the fiber grid attached to the right side and the left side of the cantilever beam of constant strength; thus, the value of the separation layer of the roof can be calculated by measuring the change in the wavelength of the fiber gratings.
5. Волоконные решетки, прикрепленные к правой стороне и левой стороне консольной балки постоянной прочности, используют компенсацию разности температур для получения компенсации температуры для решения по действию относительной поперечной чувствительности между деформацией и температурой, для исключения воздействия температуры на деформацию волоконных решеток и для улучшения точности измерения.5. Fiber arrays attached to the right side and left side of the cantilever beam of constant strength use temperature difference compensation to obtain temperature compensation to solve the relative lateral sensitivity between deformation and temperature, to eliminate the effect of temperature on the deformation of fiber arrays, and to improve measurement accuracy .
Описание чертежейDescription of drawings
На фиг. 1 показан вид спереди структуры устройства согласно настоящему изобретению.In FIG. 1 shows a front view of the structure of a device according to the present invention.
На фиг. 2 показан вид справа структуры устройства согласно настоящему изобретению.In FIG. 2 shows a right side view of the structure of a device according to the present invention.
На фиг. 3 показан вид сверху структуры устройства согласно настоящему изобретению.In FIG. 3 shows a top view of the structure of a device according to the present invention.
На фиг. 4 показана схема положения прикрепления волоконных решеток на консольных балках постоянной прочности согласно настоящему изобретению.In FIG. 4 shows a diagram of the attachment position of fiber gratings on cantilever beams of constant strength according to the present invention.
На фиг. 5 показан вид справа структуры, показанной на фиг. 4.In FIG. 5 is a right side view of the structure shown in FIG. four.
На фиг. 6 показана компоновочная схема устройства согласно настоящему изобретению.In FIG. 6 shows an arrangement of a device according to the present invention.
На фиг. 7 показана схема мониторинга отделения с использованием устройства согласно настоящему изобретению.In FIG. 7 shows a monitoring circuit of a compartment using the apparatus of the present invention.
На фигурах: 1 - перпендикулярный измерительный ствол; 2 - выводные отверстия стального проволочного каната; 3 - стальной проволочный канат; 4 -анкерный захват; 5 - анкерная головка; 6 - установочный кронштейн направляющего ролика; 7 - установочный кронштейн ролика со стальной лентой; 8 - волоконная решетка А; 9 - волоконная решетка В; 10 - выводное отверстие волокна; 11 - герметик; 12 - волокно; 13 - бронирующая резиновая оболочка; 14 - соединитель волокна; 15 - консольная балка постоянной прочности; 16 - натяжная пружина; 17 - ролик со стальной лентой; 18 - направляющий ролик; 19 - компоновочный кожух; 20 - штрек; 21 - анкерный стержень; 22 - пробуренное отверстие; 23 - соединительная коробка волокна; 24 - измерительная точка мелкого заложения; 25 - измерительная точка глубокого заложения.In the figures: 1 - perpendicular measuring barrel; 2 - outlet openings of a steel wire rope; 3 - steel wire rope; 4-anchor capture; 5 - anchor head; 6 - an adjusting arm of a directing roller; 7 - roller mounting bracket with steel tape; 8 - fiber lattice A; 9 - fiber lattice B; 10 - fiber outlet; 11 - sealant; 12 - fiber; 13 - armor rubber shell; 14 - fiber connector; 15 - cantilever beam of constant strength; 16 - a tension spring; 17 - roller with steel tape; 18 - a directing roller; 19 - layout casing; 20 - drift; 21 - anchor rod; 22 - drilled hole; 23 - fiber junction box; 24 - measuring point shallow; 25 - measuring point deep.
Подробное описание вариантов осуществленияDetailed Description of Embodiments
Ниже настоящее изобретение подробно описано в вариантах осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.Below the present invention is described in detail in embodiments with reference to the accompanying drawings.
Как показано на фигурах, устройство для мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки при производстве горных работ, созданное в настоящем изобретении содержит: перпендикулярный измерительный ствол 1 диаметром 30-35 мм и длиной 250-350 мм, установленный в пробуренном в кровле отверстии; компоновочный кожух 19, соединенный с нижней частью перпендикулярного измерительного ствола 1; установочный кронштейн 6 направляющего ролика и установочный кронштейн 7 ролика со стальной лентой, установленные симметрично на верхней части компоновочного кожуха 19; консольные балки 15 постоянной прочности, установленные симметрично на нижней части компоновочного кожуха 19; выводные отверстия 10 волокна, расположенные симметрично на левой стороне и правой стороне компоновочного кожуха 19; направляющие ролики 18, установленные на установочном кронштейне 6 направляющего ролика; ролики 17 со стальной лентой, установленные на установочном кронштейне 7 ролика со стальной лентой; натяжные пружины 16, установленные соответственно на противоположных концах консольных балок 15 постоянной прочности, расположенные симметрично, с другим концом каждой из двух натяжных пружин 16 соединенным со стальным проволочным канатом 3, который проходит через катушки 17 со стальной лентой и направляющие ролики 18, и выводится наружу из отверстия 2 вывода наружу стального проволочного каната на вершине перпендикулярного измерительного ствола 1, с концом стального проволочного каната (3) выведенным наружу из выводного отверстия (2) стального проволочного каната, соединенным с анкерной головкой 5, имеющей по меньшей мере два анкерных захвата 4; волоконную решетку А 8 и волоконную решетку Б 9, установленные симметрично на левой части и правой части консольных балок 15 постоянной прочности, имеющие одинаковую форму и размер, но отличающиеся длиной волны, совмещенные друг с другом, выведенные посредством одинакового волокна 12 из выводного отверстия 10 волокна и соединенные с соединителем 14 волокна и герметиком 11, помещенным в выводное отверстие 10 волокна для уплотнения выводного отверстия 10 волокна, и с волокном 12, выведенным из выводного отверстия 10 волокна, бронированного резиновой защитной оболочкой 13.As shown in the figures, a device for monitoring the separation layer of a roof based on a fiber grating during mining operations, created in the present invention, comprises: a
Способ мониторинга отделительного слоя кровли на основе волоконной решетки при производстве горных работ с помощью устройства, описанной выше:A method for monitoring the separation layer of a roof based on a fiber grating in mining operations using the device described above:
a. в штреке с крепью анкерными стержнями бурение до заданной глубины к окрестности анкерных стержней, которые крепят кровлю штрека;a. in a drift with roof support by anchor rods, drilling to a predetermined depth to the vicinity of anchor rods that secure the roof of the drift;
b. расположение измерительной точки 24 мелкого заложения и измерительной точки 25 глубокого заложения в отверстии, при этом измерительная точка 24 мелкого заложения располагается на одном уровне с верхним концом анкерных стержней 21 кровли, а измерительная точка 25 глубокого заложения располагается в образовании стабильной горной породы в верхнем конце отверстия 22;b. the location of the
c. проталкивание с применением установочной штанги анкерной головки в измерительную точку 25 глубокого заложения в верхнем конце отверстия, и проталкивание другой анкерной головки в измерительную точку 24 мелкого заложения так, что стальной проволочный канат, намотанный на ролик со стальной лентой, разматывается; плавное подтягивание компоновочного кожуха 19 для обеспечения анкерного прикрепления анкерных захватов 4 на анкерной головке 5 к образованию горной породы;c. pushing, using the mounting rod of the anchor head, to the
d. соединение соединителя 14 волокна 12 снаружи компоновочного кожуха 19 с соединительной коробкой 23 волокна;d. the connection of the
e. индикация изменения напряжения стального проволочного каната 3 посредством значений длины волны волоконной решетки А8 и волоконной решетки В9, демодулирование значений длины волны в цифровой сигнал с применением демодулятора длины волны, передача на компьютер так, что величина отделительного слоя кровли отображается визуально в режиме реального времени, построение кривой графика изменения величины отделительного слоя согласно величине отделения, оценка на предмет наличия очевидного отделительного слоя в противопоставлении заданному порогу отделительного слоя для мониторинга изменения данных отделительного слоя кровли в режиме реального времени:e. Indication of the voltage change of the
(1) можно определить, что отделительный слой отсутствует в кровле, или положение отделительного слоя кровли находится выше измерительной точки 25 глубокого заложения, когда нет изменения данных на измерительной точке 25 глубокого заложения, нет изменения данных на измерительной точке 24 мелкого заложения, и нет изменения разности данных между измерительной точкой 25 глубокого заложения и измерительной точкой 24 мелкого заложения; в таком случае, увеличение глубины измерительной точки 25 глубокого заложения для мониторинга на предмет наличия какого-либо изменения данных на измерительной точке 25 глубокого заложения или на измерительной точке 24 мелкого заложения и, дополнительно, оценка состояния отделительного слоя кровли;(1) it can be determined that the separation layer is absent in the roof, or the position of the separation layer of the roof is higher than the measuring
(2) можно определить, что отделительный слой кровли расположен между измерительной точкой 25 глубокого заложения и измерительной точкой 24 мелкого заложения, когда данные на измерительной точке 25 глубокого заложения увеличиваются постепенно, нет изменения данных на измерительной точке 24 мелкого заложения, и разность данных между измерительной точкой 25 глубокого заложения и измерительной точкой 24 мелкого заложения увеличивается постепенно;(2) it can be determined that the roof separating layer is located between the
(3) можно определить, что отделительный слой кровли расположен ниже измерительной точки 24 мелкого заложения, когда данные на измерительной точке 25 глубокого заложения увеличиваются постепенно, данные на измерительной точке 24 мелкого заложения увеличиваются постепенно, и степень увеличения на измерительной точке 25 глубокого заложения является одинаковой со степенью увеличения на измерительной точке 24 мелкого заложения.(3) it can be determined that the roof separation layer is located below the
Способ работы: Когда в кровле возникает отделительный слой, анкерная головка перемещается вместе с кровлей горной породы, стальной проволочный канат, намотанный на ролики со стальной лентой, вытягивается так, что стальной проволочный канат, соединенный с анкерной головкой, натягивается и при этом тянет натяжную пружину; таким образом, натяжная пружина находится в растянутом состоянии, и дополнительно тянет и отгибает свободный конец консольной балки постоянной прочности; как следствие, создавая напряжение в волоконных решетках, прикрепленных к консольным балкам постоянной прочности; таким образом сдвигаются центры диапазонов длины волны волоконных решеток. Сигнал длины волны демодулируется в цифровой сигнал с помощью волоконного демодулятора, и цифровой сигнал передается на компьютер; таким образом, величину отделения слоя кровли можно отобразить в динамике в режиме реального времени. Волоконные решетки, применяемые в настоящем изобретении, имеют очень высокую чувствительность, и применяется компенсация перепада температуры для исключения воздействия температуры на волоконные решетки; таким образом, смещение отделения можно точно измерить. Настоящее изобретение реализует интерактивное измерение отделения слоя кровли и сбор и обработку данных непосредственно на месте подземных работ, способ является удобным и гибким, а также обладает функциональными возможностями работы при электромагнитных помехах; одновременно, в настоящем изобретении применяются волокна, что обеспечивает передачу сигнала для на дальние расстояния, с высоким разрешением и в широком диапазоне измерений; в дополнение, настоящее изобретение может давать тревожный и предупредительный сигналы точно и удобно, так что симптом нестабильности кровли можно обнаружить вовремя для предотвращения возникновения аварий с обрушением кровли. Данные мониторинга можно применять, как основу для модификации и улучшения начального конструктивного решения крепи анкерными стержнями. Таким образом, настоящее изобретение имеет большую ценность для получения безопасной конструкции и стабильности штреков с крепью анкерными стержнями.Way of work: When a separating layer appears in the roof, the anchor head moves together with the rock roof, the steel wire rope wound on rollers with steel tape is stretched so that the steel wire rope connected to the anchor head is stretched and at the same time pulls the tension spring ; thus, the tension spring is in a stretched state, and additionally pulls and bends the free end of the cantilever beam of constant strength; as a result, creating tension in fiber gratings attached to cantilever beams of constant strength; thus, the centers of the wavelength ranges of the fiber gratings are shifted. The wavelength signal is demodulated into a digital signal using a fiber demodulator, and the digital signal is transmitted to a computer; Thus, the amount of separation of the roof layer can be displayed in dynamics in real time. The fiber gratings used in the present invention have a very high sensitivity, and temperature differential compensation is applied to eliminate the effect of temperature on the fiber gratings; in this way, the displacement of the compartment can be accurately measured. The present invention implements an interactive measurement of the separation of the roof layer and the collection and processing of data directly at the site of underground work, the method is convenient and flexible, and also has the functionality to work with electromagnetic interference; at the same time, fibers are used in the present invention, which provides signal transmission over long distances, with high resolution and in a wide measurement range; in addition, the present invention can provide alarm and warning signals accurately and conveniently, so that a symptom of instability of the roof can be detected in time to prevent the occurrence of accidents with collapse of the roof. Monitoring data can be used as a basis for modifying and improving the initial structural solution of support with anchor rods. Thus, the present invention is of great value for obtaining a safe design and stability of the rods with a support anchor rods.
Настоящее изобретение применяет способ компенсации разности температур для решения проблемы относительной поперечной чувствительности по деформации и температуре, вызванной изменением температуры во время измерения деформации волоконными решетками. Волоконные решетки, расположенные на левой стороне и правой стороне консольной балки постоянной прочности имеют одинаковую форму и размер, имеют отличающуюся центральную длину волны, совмещены друг с другом, и расположены в одной рабочей окружающей среде. Поэтому изменение температуры приводит к синхронным смещениям и изменениям центральной длины волны в двух волоконных решетках, а изменения центральной длины волны в двух волоконных решетках, являющиеся результатом напряжения, имеют одинаковую величину, но противоположные направления. Предположим центральная длина волны волоконной решетки А на левой стороне консольной балки постоянной прочности равна λA, и центральная длина волны волоконной решетки В на правой стороне консольной балки постоянной прочности равна λB, обе величины подвержены воздействию температуры и Напряжения, т.е. λА=λнапряжение+λтемпература, λВ=λтемпература-λнапряжение; с помощью вычитания из центральной длины волны, λА центральный длины волны, λВ двух волоконных решеток, получаем λА-λВ=2λнапряжение, при этом воздействие температуры на волоконные решетки исключается, проблема относительной поперечной чувствительности между деформацией и температурой решена, точность и чувствительность измерения улучшены.The present invention employs a method of compensating a temperature difference to solve the problem of relative lateral strain sensitivity and temperature caused by a temperature change during the measurement of strain by fiber gratings. Fiber arrays located on the left side and the right side of the cantilever beam of constant strength have the same shape and size, have a different central wavelength, are aligned with each other, and are located in the same working environment. Therefore, a change in temperature leads to synchronous displacements and changes in the central wavelength in two fiber arrays, and changes in the central wavelength in two fiber arrays that are the result of voltage have the same magnitude but opposite directions. Suppose the central wavelength of fiber grating A on the left side of the cantilever beam of constant strength is λ A , and the central wavelength of fiber grating B on the right side of the cantilever beam of constant strength is λ B , both values are affected by temperature and Voltage, i.e. λ A = λ voltage + λ temperature , λ B = λ temperature -λ voltage ; Subtracting from the central wavelength, λ A the central wavelength, λ B of the two fiber arrays, we obtain the voltage λ A -λ B = 2λ, the temperature effect on the fiber arrays is eliminated, the problem of the relative transverse sensitivity between deformation and temperature is solved, accuracy and measurement sensitivity improved.
Claims (29)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310511355.2A CN103528530B (en) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | A kind of mining optical fiber grating roof abscission layer monitoring device and monitoring method |
| CN201310511355.2 | 2013-10-25 | ||
| PCT/CN2014/074083 WO2015058488A1 (en) | 2013-10-25 | 2014-03-26 | Apparatus and method for monitoring mining fiber grating roof separation layer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2627051C1 true RU2627051C1 (en) | 2017-08-03 |
Family
ID=49930736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016110150A RU2627051C1 (en) | 2013-10-25 | 2014-03-26 | Device and method for monitoring roof separation layer on basis of fiber grid in mining |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103528530B (en) |
| AU (1) | AU2014339682B2 (en) |
| RU (1) | RU2627051C1 (en) |
| WO (1) | WO2015058488A1 (en) |
| ZA (1) | ZA201601972B (en) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103528530B (en) * | 2013-10-25 | 2015-10-14 | 中国矿业大学 | A kind of mining optical fiber grating roof abscission layer monitoring device and monitoring method |
| CN103743357A (en) * | 2014-01-24 | 2014-04-23 | 西安科技大学 | Fiber bragg grating separation layer device for monitoring deformation of rock roof |
| CN103759659B (en) * | 2014-01-27 | 2016-04-13 | 山东微感光电子有限公司 | A kind of fiber grating displacement sensor carrying out multimetering |
| CN103993911B (en) * | 2014-05-21 | 2016-01-06 | 中国矿业大学 | Comprehensive mechanization filling coal mining goaf top plate dynamic monitor |
| CN106247965A (en) * | 2016-07-15 | 2016-12-21 | 东南大学 | Tunnel surrounding monitoring method based on multifunctional intellectual anchor pole |
| CN106437802B (en) * | 2016-12-23 | 2019-12-20 | 山东科技大学 | Anchor rod yielding device with warning function and using method |
| CN106908033B (en) * | 2017-04-11 | 2022-10-11 | 山东科技大学 | Synchronous measuring device and method for multipoint displacement of top plate of goaf |
| CN108981814B (en) * | 2018-07-23 | 2023-09-29 | 山西大同大学 | Device and method for monitoring real-time parameters of roadway surrounding rock |
| CN109163688B (en) * | 2018-08-17 | 2023-11-24 | 山东思科赛德矿业安全工程有限公司 | Three-base-point roof separation layer monitor |
| CN109356565B (en) * | 2018-12-07 | 2023-10-10 | 西安科技大学 | Soft coal seam is along layer drilling hole collapse position recognition device |
| CN109578078B (en) * | 2018-12-26 | 2023-09-05 | 河南理工大学 | Multi-base point separation layer instrument suitable for automatic warning of loose and broken coal and rock mass and use method thereof |
| CN110318795B (en) * | 2019-04-23 | 2020-12-18 | 安徽理工大学 | Coal mine tunnel surrounding rock deformation characteristic combined monitoring system and monitoring method |
| CN110006311A (en) * | 2019-04-25 | 2019-07-12 | 江西合博科技有限公司 | A kind of strata displacement quantity monitoring method based on belt transmission |
| CN110985081B (en) * | 2019-12-25 | 2021-05-18 | 石家庄铁道大学 | Thermal power generation self-temperature-balancing anchor rod and manufacturing method thereof |
| CN113390361B (en) * | 2020-06-12 | 2022-08-16 | 山东光安智能科技有限公司 | Mounting method of improved mining optical fiber roof separation sensor |
| CN111811808B (en) * | 2020-07-14 | 2021-04-27 | 浙江大学 | Industrial valve body stress measuring device and method |
| CN112880580B (en) * | 2021-01-13 | 2022-06-03 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | Method and system for sensing roadway surrounding rock deformation by optical fiber embedded flexible rod body |
| CN113188407A (en) * | 2021-04-01 | 2021-07-30 | 安徽蓝科光电科技有限公司 | Measuring device and measuring method for fiber bragg grating separation layer |
| CN113639648A (en) * | 2021-08-10 | 2021-11-12 | 合肥市光感芯科技有限公司 | Top plate separation layer sensor based on fiber grating technology |
| CN114910001B (en) * | 2022-03-28 | 2024-05-28 | 广东省建筑设计研究院有限公司 | Roof board structure, system and monitoring method based on optical fiber sensing technology |
| CN116202407B (en) * | 2023-04-27 | 2023-08-04 | 泰安泰烁岩层控制科技有限公司 | Implementation method of high-precision multipoint roof separation instrument |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU89609U1 (en) * | 2009-07-30 | 2009-12-10 | Виктор Евгеньевич Ануфриев | MULTI-REPAIR MEASURING DEFORMATION DEFORMATION MINE OF MINING |
| RU2379510C1 (en) * | 2008-08-25 | 2010-01-20 | Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук | Device for definition of upthrows in bottoms and excavations |
| CN102606211A (en) * | 2012-03-26 | 2012-07-25 | 武汉理工大学 | Fiber grating distributed type safety monitoring system for cable well |
| CN103226006A (en) * | 2013-03-19 | 2013-07-31 | 西安科技大学 | Fiber grating displacement meter |
| CN103266917A (en) * | 2013-05-20 | 2013-08-28 | 中国矿业大学 | Roof bed separation monitoring system based on fiber grating |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2155431Y (en) * | 1993-07-10 | 1994-02-09 | 煤炭科学研究总院北京开采研究所 | Roof spacing layer monitoring alarm |
| DE19913113C2 (en) * | 1999-03-23 | 2002-08-08 | Geso Ges Fuer Sensorik Geotech | Device for measuring mechanical, elastic to plastic deformations of bars |
| CN101929845B (en) * | 2010-08-24 | 2011-11-23 | 安里千 | Roadway surrounding rock separation layer displacement monitor |
| CN201903305U (en) * | 2010-10-29 | 2011-07-20 | 张源 | Gateway roof separation observation device |
| CN202274954U (en) * | 2011-08-09 | 2012-06-13 | 葫芦岛工大迪安科技有限公司 | Device for monitoring and early warning roof fall of roadway |
| CN103528530B (en) * | 2013-10-25 | 2015-10-14 | 中国矿业大学 | A kind of mining optical fiber grating roof abscission layer monitoring device and monitoring method |
| CN203518948U (en) * | 2013-10-25 | 2014-04-02 | 中国矿业大学 | Monitoring device for roof separation of mining fiber grating |
-
2013
- 2013-10-25 CN CN201310511355.2A patent/CN103528530B/en active Active
-
2014
- 2014-03-26 AU AU2014339682A patent/AU2014339682B2/en active Active
- 2014-03-26 RU RU2016110150A patent/RU2627051C1/en active
- 2014-03-26 WO PCT/CN2014/074083 patent/WO2015058488A1/en active Application Filing
-
2016
- 2016-03-22 ZA ZA2016/01972A patent/ZA201601972B/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2379510C1 (en) * | 2008-08-25 | 2010-01-20 | Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук | Device for definition of upthrows in bottoms and excavations |
| RU89609U1 (en) * | 2009-07-30 | 2009-12-10 | Виктор Евгеньевич Ануфриев | MULTI-REPAIR MEASURING DEFORMATION DEFORMATION MINE OF MINING |
| CN102606211A (en) * | 2012-03-26 | 2012-07-25 | 武汉理工大学 | Fiber grating distributed type safety monitoring system for cable well |
| CN103226006A (en) * | 2013-03-19 | 2013-07-31 | 西安科技大学 | Fiber grating displacement meter |
| CN103266917A (en) * | 2013-05-20 | 2013-08-28 | 中国矿业大学 | Roof bed separation monitoring system based on fiber grating |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ZA201601972B (en) | 2017-09-27 |
| WO2015058488A1 (en) | 2015-04-30 |
| AU2014339682A1 (en) | 2016-04-28 |
| CN103528530A (en) | 2014-01-22 |
| AU2014339682B2 (en) | 2018-01-18 |
| CN103528530B (en) | 2015-10-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2627051C1 (en) | Device and method for monitoring roof separation layer on basis of fiber grid in mining | |
| Mohamad et al. | Behaviour of an old masonry tunnel due to tunnelling-induced ground settlement | |
| CN104343466B (en) | All-fiber coal mine safety monitoring system | |
| CN107328503B (en) | coal mine tunnel roof stress on-line monitoring system and method based on fiber bragg grating sensor | |
| EP2976500B1 (en) | Distributed strain and temperature sensing system | |
| AU2014339681A1 (en) | System for dynamically monitoring roadway roof separation based on fibre grating and pre-warning method | |
| CN103821507A (en) | Method for detecting deformation of shaft wall of vertical shaft through distributed optical fibers | |
| CN108020167A (en) | A kind of stationary slope level device based on fiber grating | |
| JP2010210317A (en) | Optical fiber type base rock inside displacement gage system | |
| CN102359765A (en) | Component-type optical fiber drilling deformeter | |
| JP2000292216A (en) | Optical fiber sensor | |
| CN104501772A (en) | Device and method for monitoring differential settlement in portfolio for soil-stone combined region with hydraulic structure | |
| CN109798931B (en) | Soil shape change monitoring device | |
| CN201561828U (en) | Fiber grating geological disaster monitor | |
| CN108195304A (en) | A kind of Coal Face with Greater Mining Height coal wall caving depth assay method | |
| CN205066964U (en) | Working face bottom plate gushing water temperature distribution formula monitoring system | |
| CN215566120U (en) | Mine pressure monitoring system for mine tunnel | |
| CN104501773A (en) | Device and method for monitoring vertical deformation of hydraulic construction | |
| CN208907840U (en) | A kind of drive roof Stress monitoring system based on BOTDA principle | |
| CA2938958C (en) | Fiber optic shape sensing system using anchoring points | |
| CA2894562C (en) | Downhole multiple core optical sensing system | |
| CN108914991A (en) | Pit retaining monitoring device and pit retaining monitoring method | |
| JP3725513B2 (en) | Structure displacement / deformation detector using optical fiber cable | |
| JP2001324358A (en) | Optical fiber sensor | |
| CN113775377B (en) | BOTDA-based system and method for monitoring pressure relief range of coal rock mass under protective layer mining |