一种基于智能矿山的分布式锚杆监测方法技术

本发明专利技术属于锚杆分布式监测技术领域，特别是涉及到一种基于智能矿山的锚杆监测方法和流程。分布式锚杆能有效的监测、评估锚杆使用过程中关键或易损位置的应力应变状态，同时在锚杆头内侧内置GNSS定位模块，外侧外置安全报警元件；构成以智能监测锚杆为主，普通锚杆辅助锚固为辅的分布式监测方法。基于智能锚杆和GNSS定位模块实时监测整个锚固系统的位置坐标变化及应力应变数据，并将数据传输至智能矿山数值模拟预警系统，利用Fortran语言编写的对锚杆损伤程度预测的算法代码进行锚杆损伤模拟。当损伤值超过预先设定的安全阈值后，发出警报，及时处理事故。保障煤矿长期稳定安全地开采，并使其成为智能矿山建设的重要组成部分。分。分。

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能矿山的分布式锚杆监测方法


[0001]本专利技术属于锚杆分布式监测
，特别是涉及到一种基于智能矿山的锚杆监测方法和流程。
技术背景
[0002]煤层局部塌陷是矿山开采过程中的一种典型病害，在煤矿长期的开采过程中，可能会出现由于过度开采，或者施工开采操作不当导致的煤层塌陷问题的发生，特别是在重度开采区域，或者施工人员通过的巷道等区域，尤其要实时监测矿山结构的稳定性。煤矿发生塌陷，轻则影响开采进度，加大施工成本，重则造成煤层塌方，引发矿难，危及施工人员的生命安全，造成人员伤亡。大多数情况煤矿都是采用锚杆锚固的方式来加强煤矿的稳定性，尽量避免此类危险事故的发生。但是如何准确地预测即将到来的危险，并及时采取有效防治措施才是避免危险的关键。因此全面有效的监测锚杆的位移坐标和应力应变状态，准确得预测并预防危险的发生，是合理规划矿山开采作业的重要依据，也是保障矿山长期稳定安全开采的重要措施。
[0003]目前市面上存在的一种大量程的光纤智能锚杆，能有效的监测、评估锚杆使用过程中关键或易损位置的应力状态，相较于普通智能锚杆有比较大的监测量程，可广泛适用于边坡、基坑、隧洞、地下工程，坝体及抗倾、抗浮结构等岩土锚固工程。
[0004]GNSS即全球导航卫星系统，它泛指所有的卫星导航系统，是能在地球表面或近地空间的任何地点，为用户提供全天候的三维坐标、速度以及时间信息的空间无线电导航定位系统。GNSS的RTK技术(称为实时动态差分法，又称为载波相位差分技术)为能够精确定位目标坐标及位移提供可能。
[0005]综上所述，结合智能锚杆及GNSS定位系统提出一种具备监测锚杆位移坐标以及应力应变能力且能做出有效预警的监测方法，提升煤矿锚杆锚固信息获取的全面性，为矿山开采提供可靠依据，保障煤矿长期稳定安全地开采，并使其成为智能矿山建设的重要组成部分。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是为了全面获取锚杆锚固过程中的位移坐标信息以及应力应变状态，为矿山开采提供可靠依据，保障矿山长期稳定安全地开采。
[0007]本专利技术是一种基于智能矿山的分布式锚杆监测方法，本专利技术是通过以下技术方案实现的：首先是一种内置GNSS定位模块及外置报警元件的监测锚杆；其次是依靠监测锚杆提供的数据执行数值模拟预测的算法代码；其中报警元件的作用为：当锚杆出现较大位移及应变时立刻报警灯闪烁并发出警报。
[0008]首先是一种内置GNSS定位模块外置报警元件的监测锚杆，将GNSS定位模块安装在锚杆头内侧、报警元件安装在锚杆头外侧，锚杆体外侧采用FRP材料加固保护，锚杆头后安装锚杆垫板加固锚固。其次是依靠监测锚杆提供的数据执行数值模拟预测的算法代码，具
体为利用Fortran语言编写数值模拟预测的算法代码。当锚杆或者整个锚固系统的损伤值超过预先设定的安全阈值后，根据安全等级做出有效判断，发出警报
[0009]本专利技术所要解决的技术问题是：全面获取锚杆锚固过程中的位移坐标信息以及应力应变状态信息并实现实时的监测预警。
[0010]智能锚杆能有效的监测、评估锚杆使用过程中关键或易损位置的应力应变状态，同时在锚杆头内侧内置GNSS定位模块，锚杆头外侧安装报警元件，其中报警元件的作用为：当锚杆出现较大位移及应变时立刻报警灯闪烁并发出警报。基于智能锚杆和GNSS定位模块实时监测整个锚固系统的位置坐标变化及应力应变数据，数据先传输至智能矿山数值模拟预警系统，当锚杆或者整个锚固系统的损伤值超过预先设定的安全阈值后，根据安全等级做出有效判断，发出警报，调配相关人员处理事故。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益之处是：
[0012]1、本专利技术中提供的技术方案，采用大量程光纤智能锚杆可以有效地监测锚杆的应力应变。
[0013]2、本专利技术中提供的技术方案，FRP保护材料根据结构的力学性能、使用环境和成本等要求选择不同的类型。
[0014]3、本专利技术中提供的技术方案，内置GNSS定位模块可以有效地监控锚杆的坐标和位移，为反馈指导锚杆施工及安全评价提供有效的数据支撑。
[0015]4、本专利技术中提供的技术方案，锚杆出现较大位移和应变时，外置报警元件立刻发出警报。
[0016]5、本专利技术中提供的技术方案，提供利用Fortran语言编写的对锚杆损伤程度预测的算法代码。
[0017]6、本专利技术中提供的技术方案，是以智能监测锚杆为主普通锚杆为辅的锚固方案，智能监测锚杆实现数据监测和锚固功能，普通锚杆辅助锚固，大大节省了工程的成本。
[0018]7、本专利技术中提供的技术方案，采用智能监测锚杆分布式监测方式，实现区块化到整体化的汇总，优化了监测方式。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例的结构示意图。
[0020]图2是图1的剖视图。
[0021]图3是本专利技术实施例的监测方式流程图。
[0022]图4是本专利技术实施例的锚杆平面布置图。
[0023]图中：1
‑
智能锚杆；2
‑
FRP保护材料；3
‑
锚杆垫板；4
‑
GNSS定位模块；5
‑
锚杆头；6
‑
报警元件；7
‑
智能监测锚杆；8
‑
普通锚杆。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术在实施例一和实施例二中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0025]本专利技术提出一种基于智能矿山的分布式锚杆监测方法，提升煤矿锚杆锚固信息获取的全面性，为矿山开采提供可靠依据，保障煤矿长期稳定安全地开采。
[0026]如图1至图2所示，在实施例中，内置GNSS定位模块、外置报警元件的智能监测锚杆7包括锚杆体和位于锚杆体一端的锚杆头5及锚杆垫板3，锚杆体包括两端内置的GNSS定位模块4以及外置在一端的报警元件6，外层是保护智能锚杆1的FRP保护材料2。在本专利技术中，FRP保护材料2对智能锚杆1起到防腐保护和承担荷载的作用，提高了弹性模量及抗剪强度，智能锚杆1可以有效地监测、评估锚杆使用过程中关键或易损位置的应力状态，报警元件6可以及时地简单判断锚杆应变和位移并发出警报，GNSS定位模块4可以有效地监控锚杆的坐标和位移，为反馈指导锚杆施工及安全评价提供有效的数据支撑。
[0027]在本实施例中，采用具有FRP保护材料2的智能锚杆1可以有效地监测锚杆的应力应变。
[0028]在本实施例中，FRP保护材料2根据结构的力学性能、使用环境和成本等要求选择不同的类型。
[0029]在本实施例中，内置GNSS定位模块4可以有效地监控锚杆的坐标和位移，为反馈指导锚杆施工及安全评价提供有效的数据支撑。
[0030]在本实施例中，GNSS定位模块4分别内置在锚杆的两端，通过两个模块的配合监测，准确捕捉锚杆的位移及位置坐标。
[0031]在本实施例中，锚杆出现较大位移和应变时，外置报警元件6立刻发出警报。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能矿山的分布式锚杆监测方法，其特征在于：包括内置GNSS定位模块、外置报警元件的智能监测锚杆和依靠智能监测锚杆提供的数据执行数值模拟预测的算法代码；其中内置GNSS定位模块、外置报警元件的智能监测锚杆包括锚杆体、外层FRP保护材料、锚杆头、以及安装在锚杆头内侧的GNSS定位模块和锚杆头外侧的报警元件。2.如权利要求1所述的一种基于智能矿山的分布式锚杆监测方法，其特征在于：采用大量程光纤智能锚杆可以有效地监测锚杆的应力应变。3.如权利要求1所述的一种基于智能矿山的分布式锚杆监测方法，其特征在于：智能监测锚杆的FRP保护材料根据结构的力学性能、使用环境和成本等要求选择不同的类型。4.如权利要求1所述的一种基于智能矿山的分布式锚杆监测方法，其特征在于：智能监测锚杆的内置GNSS定位模块可以有效地监控锚杆的坐标和位移，为反馈指导锚杆施工及安全评价提供有效的数据支撑。5.如权利要求1所述的一种基于智能矿山的分布式锚杆监测方法，其特征在于：智能监测锚杆出现较大位移和应变时，外置报警元件立刻发出警报。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：薛东杰，曾令豪，程建超，贾震，潘阮航，潘际臣，崔传健，海那尔，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：