基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，包括：地面控制裝置，設(shè)置在井上的地面；位移感測(cè)單元，包括光纖光柵位移計(jì)和雙槽滑輪，光纖光柵位移計(jì)包括第一光纖光柵、第一受力塊和彈簧，第一光纖光柵固定在第一受力塊上，第一受力塊與彈簧相連接，第一受力塊固定在巷道的側(cè)幫或頂板上，彈簧通過牽引鋼絲固定在巷道的另一側(cè)幫或底板上；壓力感測(cè)單元，包括第二光纖光柵和第二受力塊，第二光纖光柵固定在第二受力塊上，第二受力塊固定在巷道的側(cè)幫或頂板上。本實(shí)用新型提供的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過設(shè)置壓力感測(cè)單元和位移感測(cè)單元，用光纖光柵實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦頂板參數(shù)的測(cè)量，維護(hù)方便，使巷道施工更安全。
【專利說明】基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及煤礦巷道安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦巷道頂板是指在煤礦井下位于巷道上方的巖層。由于巷道的形成過程破壞了礦山原有平衡，如果支護(hù)措施做的不到位，則會(huì)發(fā)生頂板塌落的事故，對(duì)煤礦生產(chǎn)人員的安全構(gòu)成極大的威脅。為了避免頂板塌落事故的發(fā)生，通常要對(duì)頂板壓力、側(cè)幫壓力、兩幫移近量和頂?shù)装逡平康葏?shù)進(jìn)行采集和監(jiān)測(cè)，從而分析頂板的壓力和形狀變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板塌落事故的預(yù)測(cè)和預(yù)警。
[0003]現(xiàn)有的頂板監(jiān)測(cè)方式是利用電子傳感器和距離傳感器來對(duì)頂板壓力和頂?shù)装逡平康葏?shù)進(jìn)行測(cè)量，通過有線或無線的方式將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控主機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)頂板的實(shí)施監(jiān)測(cè)。
[0004]但是，現(xiàn)有的利用電子傳感器和距離傳感器監(jiān)測(cè)頂板的方式具有如下缺點(diǎn):
[0005]1、供電困難。由于井下供電工程量巨大，成本高，許多巷道無法直接提供有線電源。
[0006]2、頂板設(shè)備維護(hù)困難。頂板的高度一般有3米或更高，如果采用電池設(shè)備對(duì)電子傳感器供電，隨著測(cè)試點(diǎn)的增加，無論有線供電還是電池供電，設(shè)備的維護(hù)工程量都是巨大的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型提供一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，以使巷道施工更安全。
[0008]本實(shí)用新型提供了一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，包括:
[0009]地面控制裝置，設(shè)置在井上的地面，通過光纜與位于煤礦巷道內(nèi)的位移感測(cè)單元和壓力感測(cè)單元相連；
[0010]位移感測(cè)單元，所述位移感測(cè)單元包括光纖光柵位移計(jì)，所述光纖光柵位移計(jì)包括第一光纖光柵、第一受力塊和彈簧，所述第一光纖光柵固定在所述第一受力塊上，所述第一受力塊與所述彈簧相連接，所述第一受力塊固定在巷道的側(cè)幫或頂板上，所述彈簧通過牽引鋼絲固定在巷道的另一側(cè)幫或底板上；
[0011]壓力感測(cè)單元，所述壓力感測(cè)單元包括第二光纖光柵和第二受力塊，所述第二光纖光柵固定在所述第二受力塊上，所述第二受力塊固定在巷道的側(cè)幫或頂板上。
[0012]如上所述的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，優(yōu)選的是:所述位移感測(cè)單元還包括雙槽滑輪，所述雙槽滑輪包括第一滑輪和第二滑輪，所述第一滑輪的外徑小于所述第二滑輪的外徑，所述彈簧通過傳動(dòng)鋼絲與所述第一滑輪相連，所述第二滑輪通過牽引鋼絲固定在巷道的側(cè)幫或頂板上。[0013]如上所述的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，優(yōu)選的是，所述壓力感測(cè)單元還包括:止旋器，設(shè)置在煤壁上，并與所述第二受力塊的外壁面擠壓貼合。
[0014]如上所述的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，優(yōu)選的是:所述地面控制裝置包括監(jiān)控終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器和光纖光柵解調(diào)儀，所述光纖光柵解調(diào)儀分別與所述監(jiān)控終端和所述數(shù)據(jù)服務(wù)器相連，三者通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，所述光纖光柵解調(diào)儀通過光纜與所述位移感測(cè)單元和所述壓力感測(cè)單元串接。
[0015]如上所述的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，優(yōu)選的是:所述第一受力塊和所述第二受力塊均為橡膠塊。
[0016]如上所述的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中，優(yōu)選的是:所述第二受力塊上設(shè)置有安裝孔，錨桿穿設(shè)固定在所述安裝孔內(nèi)，所述錨桿固定在所述巷道的側(cè)幫或頂板上。
[0017]本實(shí)用新型提供的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過設(shè)置壓力感測(cè)單元和位移感測(cè)單元，替代了電子傳感器，因此無需電源供電，解決了供電困難的問題，基于光纖光柵實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦頂板參數(shù)的測(cè)量，維護(hù)方便，使巷道施工更安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為位移感測(cè)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3為壓力感測(cè)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為傳感器連接的一種優(yōu)選方式；
[0022]圖5為位移感測(cè)單元的安裝示意圖；
[0023]圖6為壓力感測(cè)單元的安裝示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中包括地面控制裝置1、位移感測(cè)單元3和壓力感測(cè)單元2。
[0025]地面控制裝置I用于獲取頂板和側(cè)幫的壓力和位移信息，根據(jù)獲取到的信息進(jìn)行計(jì)算以獲取巷道的變形信息，為后續(xù)的支護(hù)工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提高巷道工作的安全性。
[0026]地面控制裝置I可以包括監(jiān)控終端11、數(shù)據(jù)服務(wù)器12和光纖光柵解調(diào)儀13。可以在地面設(shè)置機(jī)房，將監(jiān)控終端11、數(shù)據(jù)服務(wù)器12和光纖光柵解調(diào)儀13均放置在機(jī)房中，三者可以通過網(wǎng)線連接，也可以通過無線網(wǎng)進(jìn)行通訊。但是上述三種設(shè)備也可以分布在不同的地理位置，在此不作具體限定。
[0027]其中，監(jiān)控終端11用于與用戶進(jìn)行交互，可以對(duì)頂板數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析和打印等。數(shù)據(jù)服務(wù)器12用于對(duì)頂板參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)和回溯。光纖光柵解調(diào)儀13由激光電源、光學(xué)系統(tǒng)、光電檢測(cè)與處理模塊組成，可以對(duì)多路光纖光柵進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0028]光纖光柵解調(diào)儀13通過光纜4與位移感測(cè)單元3和壓力感測(cè)單元2相串接，在頂板或側(cè)幫上，每個(gè)測(cè)試點(diǎn)可以由若干個(gè)位移感測(cè)單元3或壓力感測(cè)單元2組合監(jiān)測(cè)。其中，壓力感測(cè)單元2用于采集頂板壓力和側(cè)幫壓力參數(shù)，位移感測(cè)單元3用于采集兩幫移近量、頂?shù)装逡平炕蝽敯逑乱屏繀?shù)。
[0029]如圖2所示，位移感測(cè)單元3包括光纖光柵位移計(jì)31，光纖光柵位移計(jì)31包括第一光纖光柵312、第一受力塊311和彈簧313，其中，第一光纖光柵312固定在第一受力塊311上。優(yōu)選的是，將第一光纖光柵312粘附在第一受力塊311上，第一受力塊311與彈簧313相連接。第一受力塊311固定在巷道的側(cè)幫或頂板上，彈簧313可以直接固定在巷道另一側(cè)幫或底板上，也可以通過雙槽滑輪32再固定。雙槽滑輪32包括第一滑輪321和第二滑輪322，第一滑輪321的外徑小于第二滑輪322的外徑，彈簧313通過傳動(dòng)鋼絲33與第一滑輪321相連，第二滑輪322通過牽引鋼絲34固定在巷道的另一側(cè)幫或底板上。[0030]當(dāng)頂板與底板之間或兩個(gè)側(cè)幫之間的位移發(fā)生變化，彈簧313受到拉力作用，此時(shí)，第一受力塊311變形導(dǎo)致第一光纖光柵312折射率周期發(fā)生變化。當(dāng)激光脈沖通過第一光纖光柵312時(shí)，其波長也會(huì)發(fā)生變化，由此來解調(diào)出相應(yīng)的物理量進(jìn)行分析。
[0031]由于彈簧313的一端可以通過傳動(dòng)鋼絲33與小徑的第一滑輪321相連，牽引鋼絲34與大徑的第二滑輪322相連，設(shè)大徑滑輪的半徑為R1,小徑滑輪的半徑為R2,則R1 > R2。
[0032]牽引鋼絲34移動(dòng)L1時(shí)，由于雙槽滑輪32中兩個(gè)滑輪的旋轉(zhuǎn)角度相同，則傳動(dòng)鋼絲33移動(dòng)L2, 二者有如下關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括: 地面控制裝置，設(shè)置在井上的地面，通過光纜與位于煤礦巷道內(nèi)的位移感測(cè)單元和壓力感測(cè)單元相連； 位移感測(cè)單元，所述位移感測(cè)單元包括光纖光柵位移計(jì)，所述光纖光柵位移計(jì)包括第一光纖光柵、第一受力塊和彈簧，所述第一光纖光柵固定在所述第一受力塊上，所述第一受力塊與所述彈簧相連接，所述第一受力塊固定在巷道的側(cè)幫或頂板上，所述彈簧通過牽引鋼絲固定在巷道的另一側(cè)幫或底板上； 壓力感測(cè)單元，所述壓力感測(cè)單元包括第二光纖光柵和第二受力塊，所述第二光纖光柵固定在所述第二受力塊上，所述第二受力塊固定在巷道的側(cè)幫或頂板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述位移感測(cè)單元還包括雙槽滑輪，所述雙槽滑輪包括第一滑輪和第二滑輪，所述第一滑輪的外徑小于所述第二滑輪的外徑，所述彈簧通過傳動(dòng)鋼絲與所述第一滑輪相連，所述第二滑輪通過牽引鋼絲固定在巷道的側(cè)幫或頂板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力感測(cè)單元還包括:止旋器，設(shè)置在煤壁上，并與所述第二受力塊的外壁面擠壓貼合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述地面控制裝置包括監(jiān)控終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器和光纖光柵解調(diào)儀，所述光纖光柵解調(diào)儀分別與所述監(jiān)控終端和所述數(shù)據(jù)服務(wù)器相連，三者通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，所述光纖光柵解調(diào)儀通過光纜與所述位移感測(cè)單元和所述壓力感測(cè)單元串接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一受力塊和所述第二受力塊均為橡膠塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于光纖光柵的煤礦巷道頂板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述第二受力塊上設(shè)置有安裝孔，錨桿穿設(shè)固定在所述安裝孔內(nèi)，所述錨桿固定在所述巷道的側(cè)幫或頂板上。
【文檔編號(hào)】E21F17/18GK203412630SQ201320477526
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】張國軍, 姚平, 王恒曉, 林剛, 劉貴升, 張學(xué)珠, 常鴻, 葉常華, 王瑞林, 付沛霖 申請(qǐng)人:神華集團(tuán)有限責(zé)任公司, 神華烏海能源有限責(zé)任公司, 浙江嘉科電子有限公司