本發(fā)明屬于煤礦井下巷道錨桿(索)受力監(jiān)測及巷道斷面測量兩個
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種集錨桿(索)測力與斷面成像一體的監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：巷道掘進施工支護后，需要對巷道錨桿(索)的錨固力進行觀測，分析錨固力數(shù)值的大小，掌握掘進期間以及工作面回采期間，錨固力數(shù)值變化規(guī)律，以便及時對巷道支護參數(shù)進行修改，常用觀測設(shè)備為錨桿(索)測力計；與此同時，需要對頂?shù)装逡平?、兩幫移近量進行觀測，測量斷面收斂情況及當(dāng)前斷面大小，掌握掘進期間以及工作面回采期間，巷道斷面的變形特征。巷道圍巖變形常用移進量來表示，它可以分為相對移進量和絕對移進量，目前多用卷尺、測桿、收斂儀等傳統(tǒng)的方法測量，有少量礦井采用激光紅外測距儀進行觀測。鑒于上述圍巖變形測量方法的人工工程量大，測點安設(shè)要求較高，不具備實時性，智能化，也不能實現(xiàn)對巷道全斷面位移量的觀測，特別是當(dāng)巷道底鼓量較大時，工人拉底后，拉底量不能精準(zhǔn)確定，頂?shù)装逡平坎荒軐崿F(xiàn)連續(xù)性監(jiān)測。巷道斷面圍巖變形特征與錨桿(索)受力情況之間的關(guān)系未能一一對應(yīng)，當(dāng)前的錨桿(索)受力情況監(jiān)測也未能實現(xiàn)自動化、遠(yuǎn)程實時監(jiān)測。鑒于以上技術(shù)缺陷，實有必要提供一種集錨桿(索)測力與斷面成像一體的監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)井下巷道錨桿(索)錨固力大小及巷道斷面形狀和大小一體化的自動、實時及智能化監(jiān)測。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種集錨桿錨索測力與斷面成像一體的監(jiān)測系統(tǒng)及其方法，使巷道錨桿(索)錨固力大小和巷道斷面形狀及大小能夠?qū)崟r、智能化測量，并通過單片機(計算機)處理繪制出井下實時的錨桿(索)錨固力曲線及對應(yīng)的巷道斷面特征。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種集錨桿錨索測力與斷面成像一體的監(jiān)測系統(tǒng)，包括本體，以及安裝在本體上的斷面成像單元和錨桿錨索測力單元，所述測力單元包括用于感應(yīng)錨桿錨索受力大小的力檢測裝置，所述本體的底部設(shè)置有錨桿錨索安裝孔，該安裝孔的四周安裝有所述的力檢測裝置；所述斷面成像單元包括測距模塊，該測距模塊安裝在本體上且在驅(qū)動力作用下可以旋轉(zhuǎn)運動，通過檢測測距模塊距離巷道表面的距離實現(xiàn)斷面形狀及大小的監(jiān)測。所述的安裝孔四周安裝的力檢測裝置形成電橋電路。所述本體上安裝有旋轉(zhuǎn)固定軸，該旋轉(zhuǎn)固定軸上連接有中空的殼體，所述測距模塊設(shè)置在該殼體內(nèi)，并在旋轉(zhuǎn)固定軸的帶動下隨旋轉(zhuǎn)固定軸一起旋轉(zhuǎn)運動。所述本體為U形結(jié)構(gòu)，包括底端面板和兩側(cè)的面板，所述旋轉(zhuǎn)固定軸橫穿U形結(jié)構(gòu)兩側(cè)的面板，且在旋轉(zhuǎn)固定軸的一端連接有驅(qū)動旋轉(zhuǎn)固定軸運動的驅(qū)動裝置。所述本體為U形結(jié)構(gòu)，包括底端面板和兩側(cè)的面板，在兩側(cè)的面板上分別密封有第一空腔和第二空腔，其中，第一空腔內(nèi)安裝有電源，第二空腔內(nèi)安裝有錨桿錨索測力單元，其中，第一空腔和第二空腔通過接線孔連通。安裝錨桿錨索的安裝孔的直徑略大于錨桿錨索的直徑，在安裝孔的四周設(shè)有放置錨桿錨索托盤的槽，槽內(nèi)均勻布置力檢測裝置。所述測力單元和斷面成像單元獨立設(shè)置，其中，所述斷面成像單元包括第二單片機，該第二單片機的輸出端連接有所述的測距模塊，在第二單片機接收到啟動信號后，測距模塊開始工作，然后將測量結(jié)果顯示在顯示屏上；所述測力單元包括與力檢測裝置輸出端相連的調(diào)理電路模塊，以及與調(diào)理電路模塊輸出連接的第一單片機；當(dāng)力檢測裝置檢測到錨桿錨索的受力后，將該受力大小通過調(diào)理電路模塊傳輸給第一單片機，第一單片機的輸出端連接顯示屏，當(dāng)?shù)谝粏纹瑱C接收到啟動信號后，將錨桿錨索的受力大小顯示在顯示屏上；或者第一單片機和第二單片機通過無線傳輸模塊連接，在第一單片機或第二單片機接收到啟動信號后，通過無線傳輸模塊發(fā)送信號給第二單片機或第一單片機，啟動測距或測力。所述顯示屏連接有光控模塊，當(dāng)顯示屏遇到燈光照射時，監(jiān)測系統(tǒng)即收到啟動信號。一種集錨桿錨索測力與斷面成像一體的監(jiān)測方法，測量時，將錨桿安裝在錨桿的安裝孔內(nèi)，固定好之后，應(yīng)力傳感器感應(yīng)到錨桿的受力大小，第一單片機和第二單片機分別收到啟動信號后，第一單片機將錨桿受力大小顯示出來，第二單片機指令測距模塊工作；或者第一單片機在接收到啟動信號后，將錨桿的受力大小顯示并回傳給地面計算機；同時，第一單片機接收到啟動信號后，發(fā)出信號驅(qū)動測距模塊開始工作，將測得的數(shù)據(jù)顯示出來并回傳給地面計算機；或者第二單片機接收到啟動信號后，發(fā)出信號驅(qū)動測距模塊開始工作，將測得的數(shù)據(jù)顯示出來并回傳給地面計算機；與此同時，第二單片機通過無線傳輸模塊將啟動信號傳給第一單片機，第一單片機接收到該信號后，將錨桿的受力大小顯示并回傳給地面計算機。所述啟動信號的發(fā)出包括三種形式：一是根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)的定時器，每隔半小時啟動一次，二是當(dāng)有燈光照射顯示屏?xí)r，啟動，三是地面計算機控制啟動時刻。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：本發(fā)明在本體底部的安裝孔內(nèi)安裝錨桿，通過應(yīng)力傳感器檢測錨桿的受力大小，同時，通過在本體上安裝可以旋轉(zhuǎn)的測距腔，從而實現(xiàn)斷面掃描測量成像，將錨桿受力測量和斷面掃描成像完美地結(jié)合在一起?！靖綀D說明】圖1為本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明U型凹槽結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖2(a)為前視圖，圖2(b)為俯視圖；圖3為本發(fā)明應(yīng)力傳感貼片槽示意圖，其中，圖3(a)為前視圖，圖3(b)為俯視圖；圖4為本發(fā)明測距腔內(nèi)系統(tǒng)示意圖；圖5為本發(fā)明測控腔內(nèi)系統(tǒng)示意圖；圖6為本發(fā)明裝置安裝示意圖。1測距腔2旋轉(zhuǎn)固定軸3螺帽4旋轉(zhuǎn)電機5U型凹槽結(jié)構(gòu)6電源腔7接線孔8測控腔9應(yīng)力傳感貼片10錨桿(索)安裝孔11錨桿12巷道13顯示屏14導(dǎo)線通道15應(yīng)力傳感器16貼片槽【具體實施方式】下面結(jié)合圖1～圖6對本發(fā)明作進一步描述。請參閱圖1、圖2及圖6所示，本發(fā)明提供的一種集錨桿錨索測力與斷面成像一體的監(jiān)測系統(tǒng)主要由斷面成像單元、錨桿(索)測力單元、遠(yuǎn)程控制單元、信號數(shù)據(jù)傳輸單元、計算機數(shù)據(jù)繪圖單元等組成，具體包括測距模塊、第一單片機、第二單片機、第一無線傳輸模塊和第二無線傳輸模塊、、旋轉(zhuǎn)固定軸2、螺帽3、旋轉(zhuǎn)電機4、顯示屏13、本體5、電機驅(qū)動模塊、調(diào)理電路模塊、應(yīng)力傳感器15、存儲模塊、485接口、光控模塊、電源模塊、傳輸光纖、解調(diào)儀、計算機等模塊。所述的巷道斷面成像單元和錨桿受力監(jiān)測單元相互分離，分別完成錨桿的受力和巷道斷面大小和變形的監(jiān)測，也可以有優(yōu)先順序。所述的本體5為U型結(jié)構(gòu)，由底端面板和兩側(cè)的面板組成，底端面板中心位置設(shè)有錨桿錨索的安裝孔10，安裝孔10的直徑較錨桿錨索直徑略大，請?zhí)貏e參閱圖3所示，在安裝孔的四周設(shè)有放置錨桿錨索托盤的槽，槽內(nèi)按照一定的規(guī)律均勻布置了應(yīng)力傳感貼片9，這些應(yīng)力傳感貼片形成電橋電路；兩側(cè)的面板分別密封有第一空腔6和第二空腔8，第一空腔內(nèi)的電源及備用電源導(dǎo)線通過接線孔7給第二空腔8內(nèi)的電氣模塊供電；在設(shè)置有第二空腔8的面板外側(cè)面嵌入有顯示屏13。所述本體5進一步連接有旋轉(zhuǎn)固定軸2，該旋轉(zhuǎn)固定軸2垂直穿過U形結(jié)構(gòu)本體兩側(cè)的面板，一側(cè)通過螺帽3固定以限制其水平方向的移動，另一側(cè)連接有旋轉(zhuǎn)電機4，且旋轉(zhuǎn)電機4固定于側(cè)面的面板上。在旋轉(zhuǎn)固定軸2中間固定有中空的殼體1，所述斷面成像單元安裝在該中空的殼體內(nèi)。所述斷面成像單元包括有測距模塊、第二單片機、第二無線傳輸模塊、電源模塊等。這樣，當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機4工作時，旋轉(zhuǎn)固定軸2隨之旋轉(zhuǎn)，測距模塊同時沿著旋轉(zhuǎn)電機4既定的平面運動，從而實現(xiàn)井下某一監(jiān)測斷面的全斷面掃描測量成像工作。第二空腔8內(nèi)布置有第一無線傳輸模塊、第一單片機、光控模塊、485接線口、存儲模塊、調(diào)理電路模塊、電機控制模塊等。其中，調(diào)理電路模塊的輸入端連接應(yīng)力傳感貼片用于采集錨桿錨索的受力大小，調(diào)理電路模塊的輸出端連接第一單片機的輸入端；所述第一單片機的輸出端分別連接顯示屏、電機控制模塊、第一無線傳輸模塊，所述顯示屏的輸入端進一步連接有光控模塊，用以控制監(jiān)測系統(tǒng)是否啟動工作，所述電機控制模塊與旋轉(zhuǎn)電機相連，用于控制旋轉(zhuǎn)電機的工作，所述第一無線傳輸模塊的輸出端與第二無線傳輸模塊相連，該第二無線傳輸模塊通過第二單片機連接測距模塊，用以控制測距模塊的工作。該監(jiān)測系統(tǒng)在接收到啟動條件后，才顯示斷面監(jiān)測和錨桿錨索的受力大小數(shù)據(jù)，所述的啟動條件主要有以下三種：一、依附于第一單片機內(nèi)的定時器，每隔半小時啟動該系統(tǒng)一次；二、當(dāng)有燈光照射顯示屏?xí)r，光控模塊控制該系統(tǒng)啟動；三、地面計算機系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制該系統(tǒng)啟動。錨桿錨索測力過程：在巷道12幫部打一錨桿鉆孔，將錨桿11經(jīng)錨固劑錨固好后，將該監(jiān)測裝置中錨桿錨索安裝孔10經(jīng)錨桿11，安裝托盤后擰緊固定在巷道12幫部一側(cè)，應(yīng)力傳感貼片9內(nèi)應(yīng)力傳感器感應(yīng)錨桿錨索受力的大小，通過導(dǎo)線連接到調(diào)理電路模塊，經(jīng)調(diào)理電路模塊調(diào)理放大監(jiān)測信號，所得實時監(jiān)測信號經(jīng)過第一單片機分析處理。第一單片機接收到錨桿錨索測力啟動信號后，將所測的錨桿錨索錨固力大小顯示于顯示屏，并傳輸至地面計算機，存儲于存儲模塊。斷面成像過程：第一單片機接收系統(tǒng)啟動信號后，分別傳輸信號給電機控制模塊和第一無線傳輸模塊，電機控制模塊控制旋轉(zhuǎn)電機4工作，與此同時，第一無線傳輸模塊傳輸信號至第二無線傳輸模塊，第二無線傳輸模塊傳遞信號至第二單片機，第二單片機接收指令后控制測距模塊開始工作，測量測距腔轉(zhuǎn)軸基點到巷道表面任一點的距離，旋轉(zhuǎn)電機4按照既定的速率進行均勻的旋轉(zhuǎn)，測距模塊隨著旋轉(zhuǎn)電機4的旋轉(zhuǎn)進行實時自動測量，測量所得數(shù)據(jù)經(jīng)第二單片機發(fā)出信號至第二無線傳輸模塊，第二無線傳輸模塊傳遞數(shù)據(jù)信號給第一無線傳輸模塊，第一無線傳輸模塊所得數(shù)據(jù)經(jīng)第一單片機分析處理，通過顯示屏顯示當(dāng)前的斷面形狀以及大小、經(jīng)485接線口傳輸至地面計算機、經(jīng)存儲模塊存儲。第一單片機每隔半小時控制該系統(tǒng)啟動，進行斷面成像工作，完成工作后即時控制錨桿(索)測力單元工作，所得數(shù)據(jù)分別顯示于顯示屏，存儲，傳輸至地面計算機。當(dāng)顯示屏遇到燈光照射時，光控模塊控制第一單片機開始工作，分別控制斷面成像單元和錨桿(索)測力單元運轉(zhuǎn)，所得結(jié)果顯示于顯示屏。當(dāng)?shù)孛嬗嬎銠C遠(yuǎn)程控制第一單片機開始工作時，分別進行斷面成像單元和錨桿(索)測力單元工作，所得數(shù)據(jù)傳輸至地面計算機。在以上工作過程中，監(jiān)測系統(tǒng)將啟動信號直接傳輸給第一單片機，第一單片機在接收到該啟動信號后，將測力數(shù)據(jù)顯示并回傳，同時，將啟動信號通過第一和第二無線傳輸模塊傳輸給第二單片機，指令測距模塊工作。當(dāng)然，為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，如果測力單元和斷面成像單元獨立工作，也是可以實現(xiàn)本發(fā)明目的的，這時只需要去掉第一和第二無線傳輸模塊就可以。當(dāng)然，也可以將監(jiān)測系統(tǒng)的啟動信號直接傳輸給第二單片機，先行進行斷面成像大小的監(jiān)測，然后由第二單片機將啟動信號傳輸給第一單片機，對錨桿受力進行監(jiān)測。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、本發(fā)明可實現(xiàn)對巷道任意一點位置表面位移絕對位移量和相對位移量的測量分析。2、本發(fā)明可實現(xiàn)巷道斷面的實時自動化繪制。3、本發(fā)明可實現(xiàn)錨桿(索)測力的遠(yuǎn)程自動實時監(jiān)測。4、本發(fā)明首創(chuàng)性的實現(xiàn)了巷道斷面形狀、大小與錨桿(索)受力情況一一對應(yīng)的一體化集成化礦壓監(jiān)測。當(dāng)前第1頁1 2 3