一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置制造方法
【专利摘要】一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，装置包括垂直测筒、封装壳体，封装壳体内对称设有定滑轮、钢带轮、等强度悬臂梁，由钢丝绳穿过刚带轮和定滑轮从垂直测筒顶部的钢丝绳引出孔穿出，钢丝绳的端头连接有锚固头，锚固头上设有锚固爪；等强度悬臂梁两侧对称设有光纤光栅，光纤光栅经光纤从光纤导出孔穿出与光纤接线头连接，光纤导出孔内注有封住光纤导出孔的密封胶，从光纤导出孔引出的光纤铠装有胶皮保护层。结合离层数值绘制离层量变化曲线和设定的离层界限值，可判断是否有离层，实时监测顶板离层的数据变化。利用差动式进行温度补偿，实现顶板离层的在线测量，其结构简单，可靠性高，精确度高，使用方便。
【专利说明】一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种监测装置，尤其是一种适用于煤矿巷道及采掘工作面的顶板坍塌的测量和预警的矿用光纤光栅顶板离层监测装置。
【背景技术】
[0002]近年来，随着我国煤矿开采技术的不断提高，我国煤矿行业得到更好更快的发展，但是随着煤矿开采深度的不断加深，煤矿的矿山压力显现更加明显，造成的灾害越来越严重。顶板离层是巷道围岩变形和破坏的主要形式之一，对于锚杆支护巷道来说，顶板离层则是最大的安全隐患；巷道顶板的离层位移数据需要随时进行监测，以便了解锚杆的支护参数设定的合理性、顶板的稳定性和巷道顶板上覆岩层裂隙位置的发育等情况。当顶板离层超过一定范围，如果不及时采取支护措施，便会发生冒顶等恶性顶板事故。
[0003]目前，我国煤矿井下常用的顶板离层监测装置多为机械式巷道顶板离层指示仪和借助电器元件以声光方式报警的巷道顶板离层指示仪，虽然这些手段对预防顶板冒落起到积极作用，但是上述监测手段仍具有以下缺点:均采用人工定时观察测量顶板离层状况，在井下读数不便，读数人为误差较大，精度不高，不能实现顶板离层的自动连续监测和数据传输，同时不能很好的对顶板离层数据进行预警，对巷道和采掘工程安全的可靠性带来很大的影响。因此，为了及时科学准确地进行锚杆支护巷道顶板离层的实时在线监测及预警，并及时有效的采取相应措施，对阻止顶板失稳及顶板离层自动监测，避免突发性破坏的发生具有重要意义。
实用新型内容
[0004]技术问题:本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种监测效果好、测量精度高、能够及时预警和报警、可靠性好、实时监测的矿用光纤光栅顶板离层监测装置。
[0005]技术方案:本实用新型的矿用光纤光栅顶板离层监测装置，包括设在顶板钻孔内的垂直测筒、连接在垂直测筒下的封装壳体，所述的封装壳体上部对称设有定滑轮固定架、钢带轮固定架，下部对称设有等强度悬臂梁，封装壳体的左右两侧对称开有光纤导出孔，所述的滑轮固定架上设有定滑轮，所述的钢带轮固定架上设有钢带轮，所述对称设置的等强度悬臂梁相对一端分别设有拉力弹簧，两根拉力弹簧另一端连接有钢丝绳，钢丝绳穿过刚带轮和定滑轮从垂直测筒顶部的钢丝绳引出孔穿出，穿出钢丝绳引出孔的钢丝绳的端头连接有锚固头，锚固头上至少设有两个锚固爪；所述的等强度悬臂梁左右两侧对称设有A光纤光栅和B光纤光栅，A光纤光栅与B光纤光栅经同一条光纤从光纤导出孔穿出与光纤接线头连接，光纤导出孔内注有封住光纤导出孔的密封胶，从光纤导出孔引出的光纤铠装有胶皮保护层。
[0006]所述的垂直测筒的直径为30-35mm，长度为250_350mm。
[0007]所述的锚固头上安设的锚固爪为2-4个。
[0008]所述的A光纤光栅与B光纤光栅的形状大小相同，波长互不相同。[0009]所述的钢丝绳的最大长度为7m。
[0010]所述的定滑轮为带U型槽的塑料轴承滑轮。
[0011]有益效果:本实用新型利用差动式进行温度补偿，实现顶板离层的在线测量，可避免冒顶事故的发生，对锚杆支护巷道的安全施工及稳定性具有重要意义。与已有技术相比，监测效果好、测量精度高，能够对离层数据及时预警和报警，可靠性好，可自动监测，实时在线连续监测，主要优点有:
[0012]1、由于采用刚带轮结构，钢丝绳缠绕在刚带轮上，不论离层位移量多大，只要钢丝绳的长度足够，同样可以精确的测量离层的数值；
[0013]2、由于采用的光纤光栅具有极其灵敏的传感特性，当离层位移量发生很小的变化时，都可以测量出来，同时能够准确方便的发出报警及预警信号；
[0014]3、光纤光栅可实现井下现场直接采集数据，方便灵活，抗电磁干扰能力强；同时，利用光纤进行信号传输，传输距离远，可靠性高，测量范围大；
[0015]4、实现了顶板离层的在线测量，顶板离层量通过钢丝绳以及拉力弹簧将离层位移值转换为等强度悬臂梁的自由端的挠度变化，从而导致粘贴在等强度悬臂梁左右两侧的光纤光栅的中心波长的变化，通过测得光纤光栅波长变化就可以计算出顶板离层的大小；
[0016]5、等强度悬臂梁左右两侧的光纤光栅利用差动式温度补偿，实现了温度补偿，解决应变与温度的交叉敏感的影响，消除了温度对光纤光栅应变的影响，提高了测量的精确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的主视结构示意图；
[0018]图2为本实用新型的右视结构示意图；
[0019]图3为本实用新型的俯视结构示意图；
[0020]图4为本实用新型的等强度悬臂梁上光纤光栅粘贴位置示意图；
[0021]图5为图4的右视图。
[0022]图中:1 一垂直测筒；2 —钢丝绳引出孔；3 —钢丝绳；4 一锚固爪；5 —锚固头；6 一定滑轮固定架；7 —钢带轮固定架；8 — A光纤光栅；9 一 B光纤光栅；10 —光纤导出孔；11 一密封胶；12 —光纤；13 —铠装胶皮保护层；14 一光纤接线头；15 —等强度悬臂梁；16 一拉力弹簧；17 —钢带轮；18 —定滑轮；19 一封装壳体。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的描述:
[0024]如图所示，本实用新型的矿用光纤光栅顶板离层监测装置，它包括设在顶板钻孔内的垂直测筒1、垂直测筒I的直径为30-35mm，长度为250_350mm，封装壳体19连接在垂直测筒I下端，在封装壳体19上部对称设有定滑轮固定架6、钢带轮固定架7，下部对称设有等强度悬臂梁15，封装壳体19的左右两侧对称开有光纤导出孔10，滑轮固定架6上设有定滑轮18，钢带轮固定架7上设有钢带轮17，对称设置的等强度悬臂梁15相对一端分别设有拉力弹簧16，两根拉力弹簧16另一端连接有钢丝绳3，钢丝绳3穿过刚带轮17和定滑轮18从垂直测筒I顶部的钢丝绳引出孔2穿出，穿出钢丝绳引出孔2的钢丝绳3的端头连接有锚固头5，锚固头5上至少设有两个锚固爪4 ;所述的等强度悬臂梁15左右两侧对称设有A光纤光栅8和B光纤光栅9, A光纤光栅8与B光纤光栅9的形状大小相同,上下左右对齐，波长互不相同，A光纤光栅8与B光纤光栅9经同一条光纤12从光纤导出孔10穿出与光纤接线头14连接，光纤导出孔10内注有封住光纤导出孔10的密封胶11，从光纤导出孔10引出的光纤12铠装有胶皮保护层13。
【权利要求】
1.一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于:它包括设在顶板钻孔内的垂直测筒(I)、连接在垂直测筒(I)下的封装壳体(19)，所述的封装壳体(19)上部对称设有定滑轮固定架(6)、钢带轮固定架(7)，下部对称设有等强度悬臂梁(15)，封装壳体(19)的左右两侧对称开有光纤导出孔(10)，所述的滑轮固定架(6)上设有定滑轮(18)，所述的钢带轮固定架(7)上设有钢带轮(17)，所述对称设置的等强度悬臂梁(15)相对一端分别设有拉力弹簧(16)，两根拉力弹簧(16)另一端连接有钢丝绳(3)，钢丝绳(3)穿过刚带轮(17)和定滑轮(18)从垂直测筒(I)顶部的钢丝绳引出孔(2)穿出，穿出钢丝绳引出孔(2)的钢丝绳(3)的端头连接有锚固头(5)，锚固头(5)上至少设有两个锚固爪(4);所述的等强度悬臂梁(15)左右两侧对称设有A光纤光栅(8)和B光纤光栅(9), A光纤光栅(8)与B光纤光栅(9)经同一条光纤(12)从光纤导出孔(10)穿出与光纤接线头(14)连接，光纤导出孔(10)内注有封住光纤导出孔(10)的密封胶(11)，从光纤导出孔(10)引出的光纤(12)铠装有胶皮保护层(13)。
2.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于:所述的垂直测筒(I)的直径为30-35mm，长度为250_350mm。
3.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于:所述的锚固头(5)上安设的锚固爪(4)为2-4个。
4.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于:所述的A光纤光栅(8)与B光纤光栅(9)的形状大小相同,波长互不相同。
5.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于:所述的钢丝绳(3)的最大长度为7m。
6.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于:所述的定滑轮(18)为带U型槽的塑料轴承滑轮。
【文档编号】G01B11/02GK203518948SQ201320660345
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】方新秋, 刘兴国, 梁敏富, 吴刚, 刘晓宁, 孙波洋, 侯保全, 雷顺 申请人:中国矿业大学