一种集锚杆锚索测力与断面成像一体的监测系统及方法与流程

本发明属于煤矿井下巷道锚杆(索)受力监测及巷道断面测量两个
技术领域：
，具体涉及一种集锚杆(索)测力与断面成像一体的监测系统及方法。
背景技术：
：巷道掘进施工支护后，需要对巷道锚杆(索)的锚固力进行观测，分析锚固力数值的大小，掌握掘进期间以及工作面回采期间，锚固力数值变化规律，以便及时对巷道支护参数进行修改，常用观测设备为锚杆(索)测力计；与此同时，需要对顶底板移近量、两帮移近量进行观测，测量断面收敛情况及当前断面大小，掌握掘进期间以及工作面回采期间，巷道断面的变形特征。巷道围岩变形常用移进量来表示，它可以分为相对移进量和绝对移进量，目前多用卷尺、测杆、收敛仪等传统的方法测量，有少量矿井采用激光红外测距仪进行观测。鉴于上述围岩变形测量方法的人工工程量大，测点安设要求较高，不具备实时性，智能化，也不能实现对巷道全断面位移量的观测，特别是当巷道底鼓量较大时，工人拉底后，拉底量不能精准确定，顶底板移近量不能实现连续性监测。巷道断面围岩变形特征与锚杆(索)受力情况之间的关系未能一一对应，当前的锚杆(索)受力情况监测也未能实现自动化、远程实时监测。鉴于以上技术缺陷，实有必要提供一种集锚杆(索)测力与断面成像一体的监测系统，实现井下巷道锚杆(索)锚固力大小及巷道断面形状和大小一体化的自动、实时及智能化监测。技术实现要素：本发明的目的是提供一种集锚杆锚索测力与断面成像一体的监测系统及其方法，使巷道锚杆(索)锚固力大小和巷道断面形状及大小能够实时、智能化测量，并通过单片机(计算机)处理绘制出井下实时的锚杆(索)锚固力曲线及对应的巷道断面特征。本发明采用以下技术方案：一种集锚杆锚索测力与断面成像一体的监测系统，包括本体，以及安装在本体上的断面成像单元和锚杆锚索测力单元，所述测力单元包括用于感应锚杆锚索受力大小的力检测装置，所述本体的底部设置有锚杆锚索安装孔，该安装孔的四周安装有所述的力检测装置；所述断面成像单元包括测距模块，该测距模块安装在本体上且在驱动力作用下可以旋转运动，通过检测测距模块距离巷道表面的距离实现断面形状及大小的监测。所述的安装孔四周安装的力检测装置形成电桥电路。所述本体上安装有旋转固定轴，该旋转固定轴上连接有中空的壳体，所述测距模块设置在该壳体内，并在旋转固定轴的带动下随旋转固定轴一起旋转运动。所述本体为U形结构，包括底端面板和两侧的面板，所述旋转固定轴横穿U形结构两侧的面板，且在旋转固定轴的一端连接有驱动旋转固定轴运动的驱动装置。所述本体为U形结构，包括底端面板和两侧的面板，在两侧的面板上分别密封有第一空腔和第二空腔，其中，第一空腔内安装有电源，第二空腔内安装有锚杆锚索测力单元，其中，第一空腔和第二空腔通过接线孔连通。安装锚杆锚索的安装孔的直径略大于锚杆锚索的直径，在安装孔的四周设有放置锚杆锚索托盘的槽，槽内均匀布置力检测装置。所述测力单元和断面成像单元独立设置，其中，所述断面成像单元包括第二单片机，该第二单片机的输出端连接有所述的测距模块，在第二单片机接收到启动信号后，测距模块开始工作，然后将测量结果显示在显示屏上；所述测力单元包括与力检测装置输出端相连的调理电路模块，以及与调理电路模块输出连接的第一单片机；当力检测装置检测到锚杆锚索的受力后，将该受力大小通过调理电路模块传输给第一单片机，第一单片机的输出端连接显示屏，当第一单片机接收到启动信号后，将锚杆锚索的受力大小显示在显示屏上；或者第一单片机和第二单片机通过无线传输模块连接，在第一单片机或第二单片机接收到启动信号后，通过无线传输模块发送信号给第二单片机或第一单片机，启动测距或测力。所述显示屏连接有光控模块，当显示屏遇到灯光照射时，监测系统即收到启动信号。一种集锚杆锚索测力与断面成像一体的监测方法，测量时，将锚杆安装在锚杆的安装孔内，固定好之后，应力传感器感应到锚杆的受力大小，第一单片机和第二单片机分别收到启动信号后，第一单片机将锚杆受力大小显示出来，第二单片机指令测距模块工作；或者第一单片机在接收到启动信号后，将锚杆的受力大小显示并回传给地面计算机；同时，第一单片机接收到启动信号后，发出信号驱动测距模块开始工作，将测得的数据显示出来并回传给地面计算机；或者第二单片机接收到启动信号后，发出信号驱动测距模块开始工作，将测得的数据显示出来并回传给地面计算机；与此同时，第二单片机通过无线传输模块将启动信号传给第一单片机，第一单片机接收到该信号后，将锚杆的受力大小显示并回传给地面计算机。所述启动信号的发出包括三种形式：一是根据监测系统内的定时器，每隔半小时启动一次，二是当有灯光照射显示屏时，启动，三是地面计算机控制启动时刻。与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明在本体底部的安装孔内安装锚杆，通过应力传感器检测锚杆的受力大小，同时，通过在本体上安装可以旋转的测距腔，从而实现断面扫描测量成像，将锚杆受力测量和断面扫描成像完美地结合在一起。【附图说明】图1为本发明监测系统示意图；图2为本发明U型凹槽结构示意图，其中，图2(a)为前视图，图2(b)为俯视图；图3为本发明应力传感贴片槽示意图，其中，图3(a)为前视图，图3(b)为俯视图；图4为本发明测距腔内系统示意图；图5为本发明测控腔内系统示意图；图6为本发明装置安装示意图。1测距腔2旋转固定轴3螺帽4旋转电机5U型凹槽结构6电源腔7接线孔8测控腔9应力传感贴片10锚杆(索)安装孔11锚杆12巷道13显示屏14导线通道15应力传感器16贴片槽【具体实施方式】下面结合图1～图6对本发明作进一步描述。请参阅图1、图2及图6所示，本发明提供的一种集锚杆锚索测力与断面成像一体的监测系统主要由断面成像单元、锚杆(索)测力单元、远程控制单元、信号数据传输单元、计算机数据绘图单元等组成，具体包括测距模块、第一单片机、第二单片机、第一无线传输模块和第二无线传输模块、、旋转固定轴2、螺帽3、旋转电机4、显示屏13、本体5、电机驱动模块、调理电路模块、应力传感器15、存储模块、485接口、光控模块、电源模块、传输光纤、解调仪、计算机等模块。所述的巷道断面成像单元和锚杆受力监测单元相互分离，分别完成锚杆的受力和巷道断面大小和变形的监测，也可以有优先顺序。所述的本体5为U型结构，由底端面板和两侧的面板组成，底端面板中心位置设有锚杆锚索的安装孔10，安装孔10的直径较锚杆锚索直径略大，请特别参阅图3所示，在安装孔的四周设有放置锚杆锚索托盘的槽，槽内按照一定的规律均匀布置了应力传感贴片9，这些应力传感贴片形成电桥电路；两侧的面板分别密封有第一空腔6和第二空腔8，第一空腔内的电源及备用电源导线通过接线孔7给第二空腔8内的电气模块供电；在设置有第二空腔8的面板外侧面嵌入有显示屏13。所述本体5进一步连接有旋转固定轴2，该旋转固定轴2垂直穿过U形结构本体两侧的面板，一侧通过螺帽3固定以限制其水平方向的移动，另一侧连接有旋转电机4，且旋转电机4固定于侧面的面板上。在旋转固定轴2中间固定有中空的壳体1，所述断面成像单元安装在该中空的壳体内。所述断面成像单元包括有测距模块、第二单片机、第二无线传输模块、电源模块等。这样，当旋转电机4工作时，旋转固定轴2随之旋转，测距模块同时沿着旋转电机4既定的平面运动，从而实现井下某一监测断面的全断面扫描测量成像工作。第二空腔8内布置有第一无线传输模块、第一单片机、光控模块、485接线口、存储模块、调理电路模块、电机控制模块等。其中，调理电路模块的输入端连接应力传感贴片用于采集锚杆锚索的受力大小，调理电路模块的输出端连接第一单片机的输入端；所述第一单片机的输出端分别连接显示屏、电机控制模块、第一无线传输模块，所述显示屏的输入端进一步连接有光控模块，用以控制监测系统是否启动工作，所述电机控制模块与旋转电机相连，用于控制旋转电机的工作，所述第一无线传输模块的输出端与第二无线传输模块相连，该第二无线传输模块通过第二单片机连接测距模块，用以控制测距模块的工作。该监测系统在接收到启动条件后，才显示断面监测和锚杆锚索的受力大小数据，所述的启动条件主要有以下三种：一、依附于第一单片机内的定时器，每隔半小时启动该系统一次；二、当有灯光照射显示屏时，光控模块控制该系统启动；三、地面计算机系统远程控制该系统启动。锚杆锚索测力过程：在巷道12帮部打一锚杆钻孔，将锚杆11经锚固剂锚固好后，将该监测装置中锚杆锚索安装孔10经锚杆11，安装托盘后拧紧固定在巷道12帮部一侧，应力传感贴片9内应力传感器感应锚杆锚索受力的大小，通过导线连接到调理电路模块，经调理电路模块调理放大监测信号，所得实时监测信号经过第一单片机分析处理。第一单片机接收到锚杆锚索测力启动信号后，将所测的锚杆锚索锚固力大小显示于显示屏，并传输至地面计算机，存储于存储模块。断面成像过程：第一单片机接收系统启动信号后，分别传输信号给电机控制模块和第一无线传输模块，电机控制模块控制旋转电机4工作，与此同时，第一无线传输模块传输信号至第二无线传输模块，第二无线传输模块传递信号至第二单片机，第二单片机接收指令后控制测距模块开始工作，测量测距腔转轴基点到巷道表面任一点的距离，旋转电机4按照既定的速率进行均匀的旋转，测距模块随着旋转电机4的旋转进行实时自动测量，测量所得数据经第二单片机发出信号至第二无线传输模块，第二无线传输模块传递数据信号给第一无线传输模块，第一无线传输模块所得数据经第一单片机分析处理，通过显示屏显示当前的断面形状以及大小、经485接线口传输至地面计算机、经存储模块存储。第一单片机每隔半小时控制该系统启动，进行断面成像工作，完成工作后即时控制锚杆(索)测力单元工作，所得数据分别显示于显示屏，存储，传输至地面计算机。当显示屏遇到灯光照射时，光控模块控制第一单片机开始工作，分别控制断面成像单元和锚杆(索)测力单元运转，所得结果显示于显示屏。当地面计算机远程控制第一单片机开始工作时，分别进行断面成像单元和锚杆(索)测力单元工作，所得数据传输至地面计算机。在以上工作过程中，监测系统将启动信号直接传输给第一单片机，第一单片机在接收到该启动信号后，将测力数据显示并回传，同时，将启动信号通过第一和第二无线传输模块传输给第二单片机，指令测距模块工作。当然，为了实现本发明目的，如果测力单元和断面成像单元独立工作，也是可以实现本发明目的的，这时只需要去掉第一和第二无线传输模块就可以。当然，也可以将监测系统的启动信号直接传输给第二单片机，先行进行断面成像大小的监测，然后由第二单片机将启动信号传输给第一单片机，对锚杆受力进行监测。与现有技术相比，本发明具有如下优点：1、本发明可实现对巷道任意一点位置表面位移绝对位移量和相对位移量的测量分析。2、本发明可实现巷道断面的实时自动化绘制。3、本发明可实现锚杆(索)测力的远程自动实时监测。4、本发明首创性的实现了巷道断面形状、大小与锚杆(索)受力情况一一对应的一体化集成化矿压监测。当前第1页1 2 3