一种围岩三维地应力多测点测量系统及方法与流程

本发明涉及围岩应力测量领域，具体而言，涉及一种围岩三维地应力多测点测量系统及方法。

背景技术：

1、目前绝大部分煤矿已进入深部开采，随着开采深度和强度不断增大，矿压显现加剧，冲击地压、围岩大变形等地质灾害也日趋严重，极大威胁着井下生产安全。在深部资源开采过程中，煤岩体的应力变化是这些灾害的原动力，因此地应力的监测对于防治地质灾害和巷道安全支护有着极其重要的意义。

2、现有的应力监测设备大多基于应力解除理论，通过钻孔内岩体内壁变形反映应力变化，如一种巷道围岩应力监测装置，申请号：201920334145.3中，发明者通过气囊深入钻孔中实现将应变片粘贴在岩壁上。该监测方法由于无法探查钻孔内实际岩壁及应变片状态，不能保证应变片粘贴的有效性，测得应力值可能存在较大误差。因此，本发明提出一种围岩三维地应力高质量监测系统及方法。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种围岩三维地应力多测点测量系统及方法，旨在改善由于无法探查钻孔内实际岩壁及应变片状态，不能保证应变片粘贴的有效性，测得应力值可能存在较大误差问题。

2、本发明实施例提供了一种围岩三维地应力多测点测量系统，包括有应力传感器，所述应力传感器上电性连接有信号采集器，所述信号采集器用于对所述应力传感器采集到的数据信息进行接收和获取；

3、包括有通讯模块，所述通讯模块上通讯连接有地面终端，所述通讯模块用于实现对地面和巷道内之间进行数据通讯传输，所述地面终端对所述巷道内部的数据信息进行接收，并且对巷道内部进行远程控制；

4、包括有控制单元，所述控制单元中包括有数据传输模块，所述数据传输模块用于对所述信息采集器的数据信息进行获取，并且对数据信息进行计算处理，以及通过所述通讯模块进行数据信息的上传和控制指令的下载，所述数据传输模块上电性连接有计算模块，所述计算模块对所述应力传感器采集到的数据信息进行计算处理，所述计算模块上电性连接有比较模块，所述比较模块对所述应力传感器采集到的数据信息和设定的阈值进行比较，进行巷道安全性的预测判定，即通过所述应力传感器采集到的数据信息和设定的阈值进行比较，当所述应力传感器采集的数值大于设定的阈值时，并且判定存在有塌方的概率，则进行及时的报警警示，若所述应力传感器采集的数值小于设定的阈值时，则判定不存在有塌方的概率，则将数据信息进行存储，并且通过所述通讯模块将数据信息进行上传导所述地面终端中。

5、在上述实现过程中，本发明在使用的时候，可实现在围岩-衬砌-传感器耦合结构下，多测点同时获取围岩内应力变化情况，通过应力传感器、信号采集器、数据传输模块对巷道的应力进行采集；将应力传感器埋置在围岩钻孔内任意位置；信号线缆连接至信号采集器，单个应力传感器匹配对应单个信号采集器；若干测点的信号采集器通过并联形式串入汇总线缆，连接至数据传输模块，便于通过计算模块和比较模块进行计算和比较处理，便于进行报警警示，且计算模块对数据信息进行计算处理，比较模块对数据信息和设定的阈值进行比较，即通过采集到的数据信息和设定的阈值进行比较，判定存在有塌方的概率，以及通讯模块用于对地面和巷道内之间进行数据通讯传输，并且对巷道内部进行远程控制。

6、在一种具体的实施方案中，所述控制单元上电性连接有驱动模块，所述驱动模块上电性连接有警示模块，所述驱动模块根据所述控制单元的控制指令对所述警示模块进行控制调节，所述警示模块采用的是声光报警器。

7、在上述实现过程中，驱动模块的设定便于根据控制单元的指令，对警示模块进行驱动运行，便于在数据异常的时候，进行报警警示。

8、在一种具体的实施方案中，所述控制单元上电性连接有存储模块，所述存储器模块中包括有只读存储器rom，用来存储和保存数据，且不能随意更新，便于读取，包括有随机存取存储器ram，与所述控制单元直接交换数据的内部存储器，随时读写，以及包括有flash闪存，是非易失性内存，便于电擦除和编程、断电不会丢失数据、同时快速读取数据。

9、在上述实现过程中，通过存储模块的设定便于实现对数据信息进行存储，且采集用分类存储，防止存储发生混乱。

10、在一种具体的实施方案中，所述控制单元上电性连接有辅助模块，所述辅助模块中包括有对所述控制单元进行复位重启的复位电路，包括有时钟晶振电路，包括有控制调节的控制按键和辅助显示的显示器。

11、在上述实现过程中，辅助模块的设定便于对系统进行控制调节，提高系统的操作便捷性和安全性。

12、在一种具体的实施方案中，所述控制单元上电性连接有调压模块，所述调压模块上电性连接有巷道供电系统模块，所述调压模块中包括有对所述巷道供电系统模块的电压进行降压处理的降压电路，包括有对所述巷道供电系统模块的电压进行交流转换成直流的整流电路，包括有对降压和转换后的电压进行稳定输出的稳压电路和滤除直流电压中交流电压的滤波电路。

13、在上述实现过程中，采用巷道供电系统模块对系统进行供电，可以减少线路的搭建，并且通过调压模块实现对电压进行调节，可以使得电压能够保持系统的稳定性运行。

14、在一种具体的实施方案中，所述应力传感器埋置在围岩钻孔内任意位置，并且通过信号线缆连接所述应力传感器顺延至孔外，且信号线缆连接至所述信号采集器，单个所述应力传感器匹配对应单个信号采集器；若干测点的所述信号采集器通过并联形式串入汇总线缆，连接至所述数据传输模块。

15、在上述实现过程中，通过信号线缆将应力传感器与信号采集器进行连接，并且采用单一匹配，提高采集的数据的精准度。

16、在一种具体的实施方案中，所述应力传感器埋置在围岩钻孔内之前，先对围岩钻孔进行打孔处理，且围岩钻孔之间的间距保持在1m，且围岩钻孔的直径比所述应力传感器的直径大2-4cm，然后现场对围岩钻孔实施封口注浆。

17、在上述实现过程中，为了提高检测的数据的精准性，以及防止重复采集，控制围岩钻孔之间的间距，且为了保持应力传感器的稳定性，对围岩钻孔进行注浆封口处理。

18、在一种具体的实施方案中，所述数据传输模块中包括有对数据信息进行接收的获取单元，包括有对数据信息进行模数转换的a/d转换单元，包括有对数据信息进行放大处理的增益单元，包括有对数据信息进行滤除杂波的滤波单元，以及对数据信息进行传输通讯协议和匹配的传输单元。

19、在上述实现过程中，数据传输模块便于对接收的数据信息进行处理，提高数据信息的精准度，并且便于实现对数据信息进行传输。

20、在一种具体的实施方案中，所述比较模块中包括有运算放大器，所述运算放大器上电性连接有比较器，所述运算放大器中的增益段间连接了防振相位补偿电容，所述比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路，且模拟电压信号为所述运算放大器放大后的数据信息，所述基准电压为设定的阈值。

21、在上述实现过程中，通过比较模块中的运算放大器实现对数据信息进行放大处理，便于比较器进行比较处理，且通过防振相位补偿电容，提高数据信息的稳定性和精准性，且比较器通过阈值对采集的数据进行比较处理，便于实现判定。

22、一种围岩三维地应力多测点测量系统的使用方法，包括有以下步骤：

23、s1：应力传感器连接信号线缆；

24、s2：应力传感器送至围岩钻孔孔底，孔内封口注浆；

25、s3：信号线缆连接至信号采集器，信号采集器并联入汇总线缆，与数据传输模块连接，且数据传输模块是控制单元中的结构，便于对数据信息进行计算处理和传输输出；

26、s4：通过数据传输模块设置采集参数并开始采集，并且在采集后，通过计算模块进行计算处理，并且通过比较模块进行和阈值进行比较，便于进行判定，根据判定后的阈值进行危险信号；

27、s5：数据传输站结束采集并汇集上传应力数据，通过通讯模块将数据信息传输给地面终端。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果：

29、本发明在使用的时候，可实现在围岩-衬砌-传感器耦合结构下，多测点同时获取围岩内应力变化情况，通过应力传感器、信号采集器、数据传输模块对巷道的应力进行采集；将应力传感器埋置在围岩钻孔内任意位置；信号线缆连接至信号采集器，单个应力传感器匹配对应单个信号采集器；若干测点的信号采集器通过并联形式串入汇总线缆，连接至数据传输模块，便于通过计算模块和比较模块进行计算和比较处理，便于进行报警警示，且计算模块对数据信息进行计算处理，比较模块对数据信息和设定的阈值进行比较，即通过采集到的数据信息和设定的阈值进行比较，判定存在有塌方的概率，以及通讯模块用于对地面和巷道内之间进行数据通讯传输，并且对巷道内部进行远程控制。