围岩锚杆应力波定位监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种围岩锚杆应力波定位监测系统，包括固定于井下巷道或采空区的由多根锚杆组成的锚杆监测矩阵，锚杆的尾端设有地压传感器、无线发射器和电池模块；还包括设于井下的无线接收器和中继器；还包括设于井上的中继器、预警软件计算机、服务器和客户计算机。可以对围岩应力、瞬时应力波进行实时动态的监测，实现地压信息的高频采集，对围岩应力、瞬时应力波综合分析，进行三维空间地压监测及预警。成本低廉、安装方便、适用广泛、操作简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种围岩应力监测技术，尤其涉及一种围岩锚杆应力波定位监测系统。
技术介绍
随着大规模矿山的开采深入，开采面积、体积的扩大，矿山地压灾害逐渐成为矿山生产活动中一种常见的灾害类型。尤其在当今以人为本的信息时代，人们对矿山地压灾害的监测和预警需求更加迫切。传统的地压测量技术基于光学、力学、地震学、电磁学等多种理论，主流的主要有光弹应力技术、声发射技术、电磁辐射技术、原岩应力测试技术等，这些技术在理论、设备和应用等诸多方面都已相当成熟，上述各技术的应用相互独立，各个方法具有独特的优势和劣势。优势:上述监测技术基于不同理论方法，可对矿山围岩地压进行监测、解释，且可以进行地压活动规律解析和灾害预警；劣势，上述监测技术基于原理不同，单独的地压监测技术不能完全解释地压活动复杂变化规律及机理，多个地压监测技术相互之间没有交互的接口，联合监测和预警的机制较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种成本低廉、安装方便、适用广泛、操作简单的围岩锚杆应力波定位监测系统。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:本专利技术的围岩锚杆应力波定位监测系统，包括固定于井下巷道或采空区的锚杆，所述锚杆的尾端设有地压传感器和无线发射器；还包括设于井下的无线接收器和中继器；还包括设于井上的中继器、预警软件计算机、服务器和客户计算机。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的围岩锚杆应力波定位监测系统，基于传统的锚杆技术为依托，采用锚杆搭载应力、应力波二合一传感器，对围岩进行加固，同时可以对围岩应力、瞬时应力波进行实时动态的监测，从多方法、多指标出发，实现对地压活动实时监测和预警。可实现地压信息的高频采集，对围岩应力、瞬时应力波综合分析，进行三维空间地压监测及预警。【附图说明】图1为本专利技术实施例提供的围岩锚杆应力波定位监测系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例中锚杆的结构示意图；图3为本专利技术实施例中传感器电测原理示意图；图4为本专利技术实施例中系统授时原理示意图；图5为本专利技术实施例中数据无线采集示意图。图中:1、锚杆监测矩阵，2、地压传感器，3、无线发射器，4、无线接收器，5、中继器，6、预警软件计算机，7、服务器，8、客户计算机，9、锚杆，10、垫块，11、GPS接收器，12、中心授时服务器，13、中继器授时同步，14、监测点授时同步。【具体实施方式】下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术的围岩锚杆应力波定位监测系统，其较佳的【具体实施方式】是:括固定于井下巷道或采空区的锚杆，所述锚杆的尾端设有地压传感器和无线发射器；还包括设于井下的无线接收器和中继器；还包括设于井上的中继器、预警软件计算机、服务器和客户计算机。所述井下巷道或采空区同区域由多根锚杆组成一个锚杆监测矩阵。所述预警软件计算机设有中心时钟系统，所述中心时钟系统对各中继站进行授时，所述中继站联系各锚杆进行授时，保持整个监测系统时间统一。所述地压传感器实时监测围岩应力变化和瞬时应力波，包括本身的锚固力变化值和岩石破裂瞬时应力波数据。所述地压传感器的采集频率满足瞬时应力波事件的频率，应力采集方式为等间时间间隔，瞬时应力波信息采集方式为触发式。所述预警软件计算机对采集地压数据进行过滤、统计、分析，内嵌多种监测预警指标，能够分享围岩地压变化规律和趋势、对岩石破裂瞬时应力波事件进行定位、对地压活动及其灾害进行预测预警。所述锚杆的尾端还设有电池模块和充电接口。本专利技术的围岩锚杆应力波定位监测系统，在传统锚杆的基础上，尾端增加了应力、瞬时应力波传感器和无线传输模块。所述的智能锚杆和数据接收模块之间数据交互，通过无线模块来实现。成本低廉、安装方便、适用广泛、操作简单。本专利技术的围岩锚杆应力波定位监测系统，以传统的锚杆为依托，集成了的地压监测智能传感器，通过无线传输采集数据，最后利用软件进行实时监测、预警。锚杆打入岩体后，不仅可以增加围岩的稳定性，而且同时采集地压活动引起的围岩应力变化、岩石破裂瞬时应力波，联合内嵌预警指标进行更及时、准确预警。本系统可以代替传统的地压应力监测、微震监测方法，适用于各种地压活动明显或者地压灾害影响严重的矿山，用于地压监测和灾害预防。下面对本专利技术进行详细描述:所述监测系统，锚杆组成包括特制通用测试锚杆、应力应变测试传感器、高频数据采集器，垫块、无线数据发射器组成。所述传感器采集数据，通过无线节点传输。所述监测系统，授时系统采用授时中心服务器及中继站子区域两级组网方式，由GPS接收天线、中心母钟，子钟、通信控制器、NTP时间服务器构成，时钟系统控制管理计算机，传出通道组成。中心机房设备与各区域中心接口、子钟通过通信线缆连接，中心母钟接收来GPS标准时间码，在总控机房通过有线传输线路为各中继站提供标准时间信号，使中继站的设备与时钟系统同步，中继站通过无线传输线路为各监测点提供标准时间信，使监测点时钟和中继站同步，从而实现整个系统统一的时间标准。所述监测系统，锚杆内部地压传感器采用电阻应变片的测量电路，应变片可以将应变转换为电阻的变化，将电阻的变化再转换为电流的变化，通过直流电桥或交流电桥输出信号。输出信号经过前项通道、程控放大器、A/D转换器，直接进行模/数转换、数据分离。所述监测系统，锚杆微处理器集成本机时钟集成电路，当接收到授时基站信息后，校正本机时钟集成电路数据。同时还负责控制系统各部分器件的工作并对数字信号进行处理，分呙。所述监测系统，数据采集及传输系统主要包括:智能数据处理芯片、无线数据传输模块、无线数据发射模块和无线数据中继器、网络协调器以及光纤电缆等组成。井下数据为实时无线传输与交换，井下数据与地面数据系统的无缝连接通过光缆连接。所述监测系统，预警软件内嵌的预警理论:首先对监测数据进行去噪、拟合、统计，利用统计的原理计算出预警参数1:允许应力最大值；利用拟合分析原理计算出预警参数2:允许最大应力变化率；利用突变原理计算出预警参数3:数据突变节点；根据统计原理，计算出预警参数4:地压活动频率；根据微震原理计算出预警参数5:地压活动事件的能量。并对地压活动区域进行定位。结合5个单项预警参数，应力和应力波两个分析方法，联合多元参数对地压活动进行预警。所述监测系统，预警软件采用B/S结构，支持局域网、广域网客户端监测模式和Web用户浏览器模式数据共享。所述的监测、预警软件系统配备专用的计算机，监测数据采用动态存储技术，数据库采用SQL海量数据库。内嵌多元参数地压预警方法，实现实时监测和预警。本专利技术的智能锚杆监测预警技术系统，在传统锚杆的功能上增加了地压信息采集当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种围岩锚杆应力波定位监测系统，其特征在于，包括固定于井下巷道或采空区的锚杆，所述锚杆的尾端设有地压传感器和无线发射器；还包括设于井下的无线接收器和中继器；还包括设于井上的中继器、预警软件计算机、服务器和客户计算机。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马海涛，王云海，张磊，张增学，付士根，王虎，宁智华，
申请(专利权)人：中国安全生产科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11