本實用新型專利技術一種煤礦巷道多方位應力與形變無線監測預警系統，包括監控中心，分布式設在巷道壁面與埋入圍巖鉆孔的多組無線傳感器節點，設在巷道壁面上的多個監控分站、若干個單片機，無線傳感器節點，包括離層傳感器，移近量傳感器，激光測距傳感器、正方體三維應力監測傳感器，所述監控分站，與單片機無線數據連接，包括中央處理器，與中央處理器連接的無線通信模塊、顯示模塊、報警器，同時將采集信息通過工業以太網通信系統傳遞至地面監控中心，本實用新型專利技術監測預警系統，可以實時監控巷道內的應力集中部位，并及時反饋給地面監控中心，最大限度的保證安全生產。
【技術實現步驟摘要】
一種煤礦巷道多方位應力與形變無線監測預警系統
本技術屬于煤礦井下安全設備領域，具體涉及一種煤礦巷道多方位應力與形變無線監測預警系統，普遍適用于井下巷道圍巖應力與形變的實時動態監測，用于指導礦井采掘過程的頂板安全管理和煤巖動力災害防控。
技術介紹
近年來，煤礦開采過程中頻繁發生的重大安全事故，已經引起了黨中央、國務院的高度重視，并引起社會的廣泛關注。在各類煤礦事故中，頂板事故仍居前位，頂板災害事故是指在煤礦井下生產過程中，頂板意外冒落造成的人員傷亡、設備損毀、生產終止等事故。頂板事故相對于煤礦瓦斯爆炸、透水等事故而言，雖然每次死亡人數比較少，但其事故發生頻率高，事故總量大，也是控制煤礦事故總量的重點。多年來，我國煤礦的頂板事故及頂板災害以其點多面廣、控制難度大等特點，在各類煤礦事故中一直居于前列。由于頂板災害受煤層賦存條件、地質構造、采掘活動及開采技術等多種因素影響，目前還沒有措施能完全預防頂板事故的發生，所以在煤礦開采過程中對工作面頂板安全實時動態監測就顯得尤為重要，這能夠極大地保證煤礦人員及財產的安全。隨著生產能力的提高、開采強度的增大和向深部開采轉移，頂板安全等問題越來越凸現，回采工作面上覆巖層初次來壓與周期來壓的礦壓變化規律不清楚。我國幾乎所有煤礦都面臨開采頂板安全問題，而這些問題往往由于局限于相對落后的監測手段和信息處理技術而被忽略，這是頂板管理不到位的主要原因。因此，著眼于國內研究的前列，充分利用網絡資源，建立礦山巷道圍巖安全綜合監測系統，對促使煤礦安全上一新臺階具有實際意義，在全國煤礦中具有重要推廣應用價值。隨著采空區的不斷擴大和煤層附近地應力的不斷調整,就會引起煤層和煤層附近地層中的裂隙不斷發育、擴大,煤層上、下方的隔水層就可能因裂隙擴張而導通含水層,煤層的頂、底板就可能出現冒頂、底鼓、自然垮落,煤層中吸附態的瓦斯就可能釋放出一部分充填在裂隙中,使得游離態的瓦斯含量增加,面對這些水文、地質條件隨時間變化的復雜情況,在那些潛伏著不同地質災害隱患的礦井。目前，能有效反映工作面頂板安全的指標有頂板壓力、端面冒高、頂底板移近量等。礦井在開采之前，煤巖體普遍受到重力的作用，各個方面的受力是平衡的，表現不出壓力現象，礦井在生產期間，隨著采掘工作的進行，形成一定的空間，使頂板巖石懸露，從而破壞了地層原有的平衡穩定狀態，巖石開始移動，發生變形，這種巖石活動所產生的力，叫礦山壓力。在礦山壓力的作用下，造成頂板下沉、破碎、支架壓壞、片幫、煤體變形等現象，稱為礦山的壓力顯現，礦山壓力顯現是礦山壓力作用的結果。頂底板移近量是在液壓支架支撐作用下，回采空間受采動影響，圍巖變形移動的反映，所以用它可以評價綜采工作面頂板穩定程度、支架支護效果及適應性，為支架選型、設計（支架的結構、高度等）提供數據，為改進頂板管理提出建議。另外用它可以判定老頂初次來壓、周期來壓的步距和強度，從而掌握綜采工作面圍巖運動規律，為保證工作面安全，國家規定每米采高的頂底板移近量不大于100mm。當前在我國還沒有找到比頂底板移近量衡量綜采工作面支護效果更好的指標，因此頂底板移近量的觀測是不容忽視的觀測項目。端面距是指液壓支架前探梁到煤壁之前的距離，規定不能超過340mm，端面冒高指這段距離的冒落高度，規定距離不能超過300mm。當直接頂端面冒高小于臨界冒高時，可以形成穩定的冒落拱，冒落高度大于臨界高度時，直接頂巖體難以形成穩定的冒落拱，導致綜采面出現嚴重的冒頂事故。有效控制碎裂結構直接頂的漏冒，必須將端面頂板冒高控制在臨界高以內。但目前，這3個有效指標都是靠人工通過相互獨立的儀器測得，一方面不能保證數據的準確性，另一方面也不能實時動態地監測各指標，再加上煤礦頂板事故的不確定性、偶然性，這就為工作面頂板事故埋下了隱患，嚴重威脅煤礦的財產和工人的生命安全。
技術實現思路
本技術的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種測量參數全面，方法簡便，測量精度高，靈敏度高，使用效果好的煤礦巷道多方位應力與形變無線監測預警系統。為實現上述目的，本技術的技術方案是：一種煤礦巷道多方位應力與形變無線監測預警系統，包括監控中心，分布式設在巷道壁面與埋入圍巖鉆孔的多組無線傳感器節點，設在巷道壁面上的多個監控分站、若干個單片機，所述無線傳感器節點，包括離層傳感器，移近量傳感器，激光測距傳感器、正方體三維應力監測傳感器，所述正方體三維應力監測傳感器設置在采掘工作面或煤巖動力現象顯著的巷道兩側壁按照順層、逆層方向布置的鉆孔及頂底板順層方向成20°～30°夾角分別布置的鉆孔內，所述正方體三維應力監測傳感器的三個正交面上設置有凹槽，凹槽內按照等角應變組合建立配置模型布置三個電阻式應變傳感單元，表面覆蓋保護涂層；所述移近量傳感器、離層傳感器、激光測距傳感器設置在巷道頂、底板及兩側巷壁上的鉆孔內；所述無線傳感器節點與監控分站通過A/D轉換器與單片機連接，所述監控分站，與單片機無線數據連接，包括中央處理器，與中央處理器連接的無線通信模塊、顯示模塊、報警器，用于動態采集傳感器節點信息并實時顯示，同時將采集信息通過工業以太網通信系統傳遞至地面監控中心，所述地面監控中心，與監控分站線路連接，由工控機、顯示器，工控機用于統計顯示動態分布曲線，實時記錄并研判巷道形變及風險，出現異常觸發地面及井下同時報警。所述無線傳感器節點的相同類型傳感器每隔100～150米布設一組。所述監控分站在巷道內每個100～150米布置一個。本技術監測預警系統，可以實時監控巷道內的應力集中部位，并及時反饋給地面監控中心，為工作人員判斷礦井動力現象危險點，分析預測礦井動力現象發生規律提供參考。最大限度的保證安全生產。附圖說明圖1本技術的結構示意圖。圖2本技術圍巖鉆孔三維應力監測原理與無線傳感器節點示意圖。圖3本技術形變監測無線傳感器節點示意圖。圖4本技術巷道應力形變監測監控分站示意圖。圖5本技術巷道應力-形變監控預警系統圖。圖6為本技術的圍巖鉆孔三維應力監測原理。圖7為本技術的三個電阻式應變傳感單元的等角應變組合建立配置模型。具體實施方式如圖1-7所示，一種煤礦巷道多方位應力與形變無線監測預警系統，包括監控中心，分布式設在巷道壁面與埋入圍巖鉆孔的多組無線傳感器節點，設在巷道壁面上的多個監控分站1、若干個單片機6，無線傳感器節點，包括型號為GUD-500的離層傳感器2，型號為KBU101-200的移近量傳感器3，型號為MSE-LT150的激光測距傳感器4、正方體三維應力監測傳感器5，其中正方體三維應力監測傳感器5的三個正交面上設置有凹槽，凹槽內按照等角應變組合建立配置模型布置三個電阻式應變傳感單元，表面覆蓋保護涂層，正方體三維應力監測傳感器設置在采掘工作面或煤巖動力現象顯著的巷道兩側壁按照順層、逆層方向布置的鉆孔及頂底板順層方向成20°～30°夾角分別布置的鉆孔內，正方體三維應力監測傳感器由中空彈性桿置入鉆孔中，監測傳感器的信本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種煤礦巷道多方位應力與形變無線監測預警系統，其特征在于：/n包括監控中心，分布式設在巷道壁面與埋入圍巖鉆孔的多組無線傳感器節點，設在巷道壁面上的多個監控分站、若干個單片機，/n所述無線傳感器節點，包括離層傳感器，移近量傳感器，激光測距傳感器、正方體三維應力監測傳感器，所述正方體三維應力監測傳感器設置在采掘工作面或煤巖動力現象顯著的巷道兩側壁按照順層、逆層方向布置的鉆孔及頂底板順層方向成20°～ 30°夾角分別布置的鉆孔內，所述正方體三維應力監測傳感器的三個正交面上設置有凹槽，凹槽內按照等角應變組合建立配置模型布置三個電阻式應變傳感單元，表面覆蓋保護涂層；所述移近量傳感器、離層傳感器、激光測距傳感器設置在巷道頂、底板及兩側巷壁上的鉆孔內；所述無線傳感器節點與監控分站通過A/D轉換器與單片機連接，/n所述監控分站，與單片機無線數據連接，包括中央處理器，與中央處理器連接的無線通信模塊、顯示模塊、報警器，用于動態采集傳感器節點信息并實時顯示，同時將采集信息通過工業以太網通信系統傳遞至地面監控中心，/n所述地面監控中心，與監控分站線路連接，由工控機、顯示器，工控機用于統計顯示動態分布曲線，實時記錄并研判巷道形變及風險，出現異常觸發地面及井下同時報警。/n...
【技術特征摘要】
1.一種煤礦巷道多方位應力與形變無線監測預警系統，其特征在于：
包括監控中心，分布式設在巷道壁面與埋入圍巖鉆孔的多組無線傳感器節點，設在巷道壁面上的多個監控分站、若干個單片機，
所述無線傳感器節點，包括離層傳感器，移近量傳感器，激光測距傳感器、正方體三維應力監測傳感器，所述正方體三維應力監測傳感器設置在采掘工作面或煤巖動力現象顯著的巷道兩側壁按照順層、逆層方向布置的鉆孔及頂底板順層方向成20°～30°夾角分別布置的鉆孔內，所述正方體三維應力監測傳感器的三個正交面上設置有凹槽，凹槽內按照等角應變組合建立配置模型布置三個電阻式應變傳感單元，表面覆蓋保護涂層；所述移近量傳感器、離層傳感器、激光測距傳感器設置在巷道頂、底板及兩側巷壁上的鉆孔內；所述無線傳感器節點與監控分站通過A/D轉...
【專利技術屬性】
技術研發人員：白璐，王凱，邢萌，李敏，范紅斌，郭超，賈艷陽，李艦，王強，連師，
申請(專利權)人：山西潞安環保能源開發股份有限公司常村煤礦，
類型：新型
國別省市：山西;14
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