一种巷道顶板失稳分级预警装置及预警方法与流程

本发明涉及巷道顶板支护技术领域，特别涉及一种巷道顶板失稳分级预警装置及预警方法。

背景技术：

预警巷道顶板下沉，能够准确得到巷道顶板的离层信息，及早发现巷道顶板失稳的征兆等不安全隐患，进而可以采取修复加固措施，避免冒顶事故的发生，使得煤矿顺利进行安全生产。

目前采用顶板离层仪和锚杆测力计对巷道顶板的失稳状况进行测量，在安装顶板离层仪和锚杆测力计的过程中，需要使用钻机在巷道内进行钻孔，而巷道内每隔一段距离便需要安装一台顶板离层仪，因此需要额外在巷道内钻数量较多的孔来专门安装顶板离层仪，且孔的深度较深，钻孔过程中需要花费较长的时间，使用钻机进行钻孔也使得安装成本较高。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，一方面，本发明提供了一种巷道顶板失稳分级预警装置，所述巷道顶板失稳分级预警装置包括钢丝、空心锚索、位移传感器和预警装置；

空心锚索插入岩层内且锚固在巷道顶板上，钢丝位于空心锚索的中空结构内，且钢丝的一端与空心锚索位于岩层内的一端固定，另一端从空心锚索的锚固端伸出，钢丝的伸出端连接有位移传感器，位移传感器与预警装置相连。

所述巷道顶板失稳分级预警装置还包括锚索托盘和螺母，锚索托盘安装在所述空心锚索的锚固端且与巷道顶板紧密贴合，螺母压紧所述锚索托盘。

所述位移传感器为拉线位移传感器，所述拉线位移传感器的拉绳缚在所述钢丝的伸出端。

所述预警装置为二极管多颜色信号灯。

所述位移传感器中设定有两个阈值，分别为预警时期阈值t1和高危时期阈值t2，

预警时期阈值t1＝0.7l，高危时期阈值t2＝0.8l，其中，l为所述空心锚索的最大延伸长度。

另一方面，本发明提供了一种使用所述巷道顶板失稳分级预警装置进行巷道顶板失稳分级预警的方法，所述方法包括：

步骤1、所述空心锚索在巷道顶板下沉时伸长，位于所述空心锚索锚固端外的钢丝的长度变短，所述位移传感器实时测量所述钢丝的伸出端的位移数据；

步骤2、所述位移传感器根据测量的位移数据以及设定的阈值判断巷道顶板变形时所处的时期并发送电信号给所述预警装置；

步骤3、所述预警装置根据接收到的电信号发出警报。

所述位移传感器中设定有两个阈值，分别为预警时期阈值t1和高危时期阈值t2，

当所述钢丝的伸出端的位移数据大于或等于0，且小于预警时期阈值t1时，巷道顶板处于安全时期；

当所述钢丝的伸出端的位移数据大于或等于t1，且小于高危时期阈值t2时，巷道顶板处于预警时期；

当所述钢丝的另一端的位移数据大于或等于高危时期阈值t2时，巷道顶板处于高危时期。

预警时期阈值t1＝0.7l，高危时期阈值t2＝0.8l，

其中，l为所述空心锚索的最大延伸长度。

所述预警装置为二极管多颜色信号灯，

当所述巷道顶板处于安全时期时，所述预警装置显示绿色；

当所述巷道顶板处于预警时期时，所述预警装置显示黄色；

当所述巷道顶板处于高危时期时，所述预警装置显示红色。

本发明中的巷道顶板失稳分级预警装置能够及时反馈巷道顶板变形时所处的时期，将巷道顶板的失稳状况进行定量分级，更精确的实现对巷道顶板的及时监测，对可能出现的隐患问题作出相应的防止措施，且该装置在对巷道支护的过程中即可完成安装，无需使用钻机另外进行钻孔和安装，节约了大量的时间和成本。

附图说明

图1是本发明提供的巷道顶板失稳分级预警装置的安装结构示意图；

图2是本发明提供的空心锚索的横截面示意图；

图3是本发明提供的巷道顶板失稳分级预警方法的流程图。

其中，

1钢丝，2空心锚索，3位移传感器，4预警装置，5岩层，6锚索托盘，7螺母，a巷道顶板，b空心锚索的锚固端，c钢丝的伸出端。

具体实施方式

实施例1

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图2所示，本发明提供了一种巷道顶板失稳分级预警装置，该巷道顶板失稳分级预警装置包括钢丝1、空心锚索2、位移传感器3和预警装置4；

空心锚索2插入岩层5内且锚固在巷道顶板a上，钢丝1位于空心锚索2的中空结构内，且钢丝1的一端与空心锚索2位于岩层5内的一端固定，另一端从空心锚索2的锚固端b伸出，钢丝1的伸出端c连接有位移传感器3，位移传感器3与预警装置4相连。

在本发明中，巷道顶板失稳分级预警装置还包括锚索托盘6和螺母7，锚索托盘6安装在空心锚索2的锚固端b且与巷道顶板a紧密贴合，螺母7压紧锚索托盘6。

在巷道的岩层5内会插入很多普通锚索，普通锚索主要对巷道起到一定的支护作用，巷道顶板下沉多发生在直接顶，当巷道顶板发生离层下沉时，锚索的锚固端不会改变，因此，顶板下沉时，岩层内的锚索会伸长，当锚索的伸长量大于锚索的最大延伸长度时，巷道顶板会失稳，导致冒顶现象发生。

本发明中的锚索与普通锚索的不同之处在于本发明中的锚索为空心锚索2，空心锚索2内设有钢丝1，当巷道顶板下沉发生变形时，空心锚索2插入岩层5内的一端至空心锚索2的锚固端b之间的长度会伸长，由于钢丝1的一端与空心锚索2插入岩层5内的一端固定在一起，另一端从空心锚索2的锚固端b伸出，钢丝1的伸出端为活动端，因此空心锚索2插入岩层5内的一端至空心锚索2的锚固端b之间的钢丝长度会变长，即钢丝1的活动端会产生位移，该位移方向为朝向钢丝1与空心锚索2的固定端的方向产生移动，因此空心锚索2锚固端b以外的钢丝长度会变短，其中，锚固端b以外的钢丝1的缩短长度与空心锚索2的伸长长度是相等的，因此可以通过将钢丝1伸出端的位移大小与锚索的最大延伸长度进行对比，而得知巷道顶板的失稳状况。

在本发明中，可通过位移传感器3测量钢丝1的位移变化情况，且位移传感器3内设定有阈值，通过对测量的钢丝1的伸出端的位移大小与设定的阈值大小进行对比，进而判断巷道顶板的失稳状况，本发明中为位移传感器3设定两个阈值，分别为预警时期阈值t1和高危时期阈值t2，预警时期阈值t1＝0.7l，高危时期阈值t2＝0.8l，其中，l为空心锚索2的最大延伸长度，空心锚索2的最大延伸长度l为空心锚索2受拉力作用断裂时的长度与空心锚索2的初始长度之差，空心锚索的最大延伸长度可通过对空心锚索进行拉伸试验而得到，本发明中空心锚索2的材质与起到支护作用的普通锚索的材质相同，因此，空心锚索2的最大延伸长度与普通锚索的最大延伸长度相同，即通过空心锚索2的伸长状况来间接反映起到支护作用的锚索的伸长状况，当钢丝1伸出端的位移数据未达到0.7l时，则巷道顶板处于安全时期，当钢丝1伸出端的位移数据达到0.7l时，则巷道顶板进入预警时期，当钢丝1伸出端的位移数据达到0.8l时，则巷道顶板进入高危时期。

当位移传感器3测量的位移数据达到不同的阈值时，即巷道顶板处于不同的时期时，位移传感器3会输出不同的电信号，并将电信号发送给预警装置4，预警装置4根据接收到的电信号发出警报。预警装置4可以为二极管多颜色信号灯，当钢丝1伸出端的位移数据达到不同的阈值时，位移传感器3会输出不同大小的电流，不同大小的电流可以触发二极管多颜色信号灯显示不同的颜色：

当钢丝1的伸出端的位移数据大于或等于0，且小于预警时期阈值t1时，巷道顶板处于安全时期，预警装置4显示绿色；

当钢丝1的伸出端的位移数据大于或等于t1，且小于高危时期阈值t2时，巷道顶板处于预警时期，预警装置4显示黄色；

当钢丝1的另一端的位移数据大于或等于高危时期阈值t2时，巷道顶板处于高危时期，预警装置4显示红色。

如此，在巷道内工作的人员可以通过观察预警装置4显示的颜色来直观的判断巷道顶板的离层状况，并及时对巷道顶板进行加固修，能够有效避免冒顶事故的发生，有效的保证了安全性。

在本发明中，位移传感器3可以为拉线位移传感器，拉线位移传感器的拉绳缚在钢丝1的伸出端。也可以根据实际情况选择其他类型的位移传感器，例如激光位移传感器等。

本发明中的巷道顶板失稳分级预警装置可以沿巷道方向每隔20m的位置安装一个，以对不同区域的巷道均进行预警，在安装起到支护作用的普通锚索时，就可以直接安装该巷道顶板失稳分级预警装置，将该装置的空心锚索2插入到岩层5中并进行锚固，因此在对巷道支护的过程中即可完成巷道顶板失稳分级预警装置的安装，无需使用钻机另外进行钻孔和安装，节约了大量的时间和成本。

实施例2

本实施例提供了一种使用实施例1中的巷道顶板失稳分级预警装置进行巷道顶板失稳分级预警的方法，如图3所示，该方法包括：

步骤1、空心锚索2在巷道顶板a下沉时伸长，位于空心锚索2的锚固端b外的钢丝1的长度变短，位移传感器3实时测量钢丝1的伸出端的位移数据；

其中，位于空心锚索2锚固端b外的钢丝1的长度变短，即钢丝1的伸出端发生位移，位移的大小与空心锚索2的伸长量的大小相等。

步骤2、位移传感器3根据测量的位移数据以及设定的阈值判断巷道顶板变形时所处的时期并发送电信号给预警装置4；

其中，当钢丝1的伸出端的位移数据大于或等于0，且小于预警时期阈值t1时，巷道顶板处于安全时期；

当钢丝1的伸出端的位移数据大于或等于t1，且小于高危时期阈值t2时，巷道顶板处于预警时期；

当钢丝1的另一端的位移数据大于或等于高危时期阈值t2时，巷道顶板处于高危时期；

预警时期阈值t1＝0.7l，高危时期阈值t2＝0.8l，l为所述空心锚索2的最大延伸长度

巷道处于不同时期时，位移传感器3会发送不同的电信号给预警装置4。

步骤3、预警装置4根据接收到的电信号发出警报。

当巷道顶板处于安全时期时，预警装置4根据接收到的电信号显示绿色；

当巷道顶板处于预警时期时，预警装置4根据接收到的电信号显示黄色；

当巷道顶板处于高危时期时，预警装置4根据接收到的电信号显示红色。

本发明中的巷道顶板失稳分级预警装置能够及时反馈巷道顶板变形时所处的时期，将巷道顶板的失稳状况进行定量分级，更精确的实现对巷道顶板的及时监测，对可能出现的隐患问题作出相应的防止措施，且该装置在对巷道支护的过程中即可完成安装，无需使用钻机另外进行钻孔和安装，节约了大量的时间和成本。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。