一种围岩形变监测系统的制作方法

1.本发明涉及围岩变形监测的技术领域，尤其涉及一种围岩形变监测系统。


背景技术：

2.采矿行业中井下巷道易发生形变，导致巷道围岩变形、垮塌，直接威胁井下人员安全。现有的围岩变形监测一般包含人工测距和单一形变监测装置两种方式。
3.其中人工测距方式是通过人工拉绳或其它电子测距设备采用十字测量法完成形变监测，这种方式便利性、及时性和稳定性较差，干扰因素较多。
4.单一形变监测装置固定在巷道两帮或顶板上的某处位置，测量到某一点的距离，这种所得到的形变量为相对位移量，而这种相对位移量不能确定具体形变位置，并且单一形变监测装置有时受到井下环境影响较大，影响测量精度和数据稳定性。
5.单一形变监测就是采用单一传感器测量，虽然数据及时性满足要求，但是测量效果和环境抗干扰能力却并不理想，所测围岩形变结果为相对形变结果，无法确定传感器和被测点之间到底哪一侧发生了形变；另外由于井下环境是高粉尘、高湿度的环境，这会导致测距传感器表面附着大量粉尘，从而导致测量误差较大甚至测量失效的情况。因此，单一传感器监测方式对最终的形变位置的排查和保护方案的制定提供的价值参考相对较小。这就是现有技术中的不足之处。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种围岩形变监测系统，利用耦合式方式进行围岩形变监测分析，可以确定巷道具体的形变位置和形变量，并将相应信息传输至井上上位机。
7.本方案是通过如下技术措施来实现的：一种围岩形变监测系统，包括在巷道长度方向上间隔设置的多个巷道围岩形变监测装置，所述巷道围岩监测装置包括设置在巷道的一截面上的围岩形变监测器，所述围岩形变监测器包括设置在a处的张拉力传感器ⅰ和毫米波雷达ⅰ，设置在b处的张拉力传感器ⅱ，设置在c处的围岩离层监测仪和毫米波雷达ⅱ，所述a处、b处分别位于巷道的两侧壁，所述c处设置在巷道的顶端，所述a处、b处位于同一水平线上，所述张拉力传感器ⅰ、张拉力传感器ⅱ、围岩离层监测仪、毫米波雷达ⅰ以及毫米波雷达ⅱ均与控制器连接，所述控制器通过无线传输装置或有线传输装置与井上上位机连接。
8.优选的，所述张拉力传感器ⅰ和张拉力传感器ⅱ均设置在锚杆或锚索上。
9.优选的，所述控制器用于处理张感器ⅰ、张拉力传感器ⅱ、围岩离层监测仪采集到的信号，所述毫米波雷达ⅰ以及毫米波雷达ⅱ由自带的处理器处理其采集到的信号，所述毫米波雷达ⅰ以及毫米波雷达ⅱ将处理后的信号传输至控制器。
10.优选的，所述控制器的型号为stm32l431rct6。
11.本发明提供的围岩形变监测系统，与现有技术相比，具有以下有益效果：
12.（1）当a、b两处之间发生形变时，根据a处的毫米波雷达ⅰ可以获得a、b之间的具体
形变量，但根据形变量并不能知道a、b两处具体哪一侧发生了形变，或者两侧都发生了形变但是不确定两侧具体形变量。但是通过a处的张拉力传感器ⅰ和b处的张拉力传感器ⅱ能够判断出哪一侧发生了形变或者哪一侧的形变更大，并能根据受力情况和形变量之间的关系给出两侧具体的形变量；
13.d处位于巷道的底板，所述c处、d处位于同一竖直线上，当c、d两处之间发生形变时，根据c处的毫米波雷达ⅱ可以获得具体形变量，但根据形变量并不能知道c、d两处具体哪一侧发生了形变，或者两侧都发生了形变但是不确定哪一侧的形变更多，但是结合c处耦合的围岩离层监测仪测出c处围岩离层位移量的变化获得c处顶板下沉形变量，进而得出d处具体的底鼓形变量。
14.耦合式围岩形变监测装置不仅仅是物理上的耦合，还要结合各个传感器数据之间的关系进行分析，任何单一传感器的测量结果仅仅反应某处参数变化，并不能反映整体变化情况，而整体变化情况获取是需要根据各个数据之间相互关系进行分析才能获取。
15.（2）毫米波雷达抗干扰能力较强，具有全天候工作的特定，适应高粉尘环境，能充分适应隧道内光线昏暗、噪音大、湿度大、粉尘多、干扰频繁的恶劣环境，测量精度稳定，降低了人工频繁查看所产生的劳动强度和维护成本，提高了工作效率。
16.（3）通过控制器处理张拉力传感器ⅰ、张拉力传感器ⅱ以及围岩离层监测仪采集到的信号，毫米波雷达ⅰ以及毫米波雷达ⅱ由自带的处理器处理其采集到的信号。所述张拉力传感器、围岩离层监测仪以及毫米波雷达均可直接从市场上购买，所述毫米波雷达为高度集成模块，无需设置特殊的信号调理电路和收发天线，易操作和实现，只需要将采集到的信号进行算法运算即可得到精确的距离信息。所述毫米波雷达使用了单独处理器，不仅可以增加数据处理速度，也减少了与控制器及其余电路之间的互相干扰，增加了电路抗扰能力。
17.（4）通过井下耦合式围岩形变监测，将井下巷道内的形变量上传至井上上位机中，上位机中将接受到的数据结果进行分析然后再反馈至井下或再上位机中输出，以便相关人员进行检查并及时做出防护预案。对于井下巷道采集到的形变量，既可以在上位机中进行分析，也可以在控制器内进行处理分析并将处理结构上传至上位机，数据传输的方式既可选用有线方式，也可选用无线方式。
18.由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为围岩形变监测系统的结构示意图；
21.图2为巷道的截面结构示意图；
22.图3为巷道围岩形变监测装置的控制原理图。
具体实施方式
23.为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的
实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
24.如图所示，一种围岩形变监测系统，包括在巷道长度方向上间隔设置的多个巷道围岩形变监测装置，所述巷道围岩监测装置包括设置在巷道的一截面上的围岩形变监测器，所述围岩形变监测器包括设置在a处的张拉力传感器ⅰ和毫米波雷达ⅰ，设置在b处的张拉力传感器ⅱ，设置在c处的围岩离层监测仪和毫米波雷达ⅱ，所述a处、b处分别位于巷道的两侧壁，所述c处设置在巷道的顶端，所述a处、b处位于同一水平线上，所述张拉力传感器ⅰ、张拉力传感器ⅱ、围岩离层监测仪、毫米波雷达ⅰ以及毫米波雷达ⅱ均与控制器连接，所述控制器通过无线传输装置或有线传输装置与井上上位机连接。
25.所述张拉力传感器ⅰ和张拉力传感器ⅱ均设置在锚杆或锚索上。
26.所述控制器用于处理张感器ⅰ、张拉力传感器ⅱ、围岩离层监测仪采集到的信号，所述毫米波雷达ⅰ以及毫米波雷达ⅱ由自带的处理器处理其采集到的信号，所述毫米波雷达ⅰ以及毫米波雷达ⅱ将处理后的信号传输至控制器。
27.所述控制器的型号为stm32l431rct6。
28.当a、b两处之间发生形变时，根据a处的毫米波雷达ⅰ可以获得a、b之间的具体形变量，但根据形变量并不能知道a、b两处具体哪一侧发生了形变，或者两侧都发生了形变但是不确定两侧具体形变量。但是通过a处的张拉力传感器ⅰ和b处的张拉力传感器ⅱ能够判断出哪一侧发生了形变或者哪一侧的形变更大，并能根据受力情况和形变量之间的关系给出两侧具体的形变量；
29.当c、d两处之间发生形变时，根据c处的毫米波雷达ⅱ可以获得具体形变量，但根据形变量并不能知道c、d两处具体哪一侧发生了形变，或者两侧都发生了形变但是不确定哪一侧的形变更多，但是结合c处耦合的围岩离层监测仪测出c处围岩离层位移量的变化获得c处顶板下沉形变量，进而得出d处具体的底鼓形变量。
30.耦合式围岩形变监测装置不仅仅是物理上的耦合，还要结合各个传感器数据之间的关系进行分析，任何单一传感器的测量结果仅仅反应某处参数变化，并不能反映整体变化情况，而整体变化情况获取是需要根据各个数据之间相互关系进行分析才能获取。
31.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。
32.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点、创造性的特点相一致的最宽的范围。