基于光纤传感的矿压在线监测系统在阳煤五矿的应用研究

发布时间：2020-06-22 06:45

【摘要】：为了保证煤矿安全生产,对矿压进行实时监测是必不可少的技术手段。但就当前发展而言,矿压监测设备多采用机械式或者通过电能进行信号传输。这些传统监测设备在矿井恶劣条件的影响下,其监测信号稳定性差,传输距离短,测量精准度低,且不具有本质安全性,为矿井安全高效生产留下了隐患。本文在此背景下,首先,通过分析光纤传感的基本原理、特点以及矿压监测相关需求,构建了光纤传感矿压在线监测系统,其次,在8402工作面回风巷设计并实施了具体监测方案,以此分析具有代表性的监测数据。其主要内容如下:(1)研究了光纤传感技术的基本理论及其特性,分析了8402回风巷矿压监测需求,确定了基本光纤传感设备;并通过建立监测系统的软件系统以及硬件系统,构建了具有实时性、预警性等多种功能的光纤传感矿压监测系统结构;(2)以经济性、合理性、全面性原则为基础,通过分析支承压力的相关理论,求得8402工作面超前支承压力影响范围45.5m,弹性区范围为32.6m,极限平衡区范围为12.9m,初步确定需布置5个测站;然后采用FLAC3D进行数值模拟,优化了测站布置方案位置及数目,确定各个测点所需传感器及布置位置。(3)对上文所设计的监测方案在8402回风巷进行合理实施与布置,并对该巷道矿压数据进行实时感知,分析感知数据表明:在回采期间,8402工作面的超前支承压力的影响范围位于70~75m之间,且其峰值应力位于16~20m之间;在7月26日至9月26日期间,浅部及深部离层量范围为0~2.5mm和0~0.5mm,处于安全值范围;在工作面回采期间,可分为三个离层阶段,分别为缓慢离层阶段、离层增加阶段以及离层快速增加阶段;随着工作面的推进,锚杆(索)载荷呈整体上升趋势,锚杆体中部所受围岩轴向应力最大,尾部次之,而端部受力最小。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD76
【图文】：

测力锚杆

不仅具有普通锚杆的锚固支护能力，同时还兼具自传感的特征。通过测力锚杆的锚杆杆体分区域受力分析，可实现如下功能：①研究锚杆的锚固机理，探索锚杆与围岩的耦合关系。②测量锚杆受力信息，确定支护强度，分析围岩程度，为锚杆支护设计提供依据。③根据锚杆的受力变化，判断锚杆是否屈服，并预测顶板的稳定性，并使工作人员及时获取锚杆的受力变化用以指导生产。锚杆测力是支护中的重要环节，在国内国外都对其进行了大量研究。开发出的测力锚杆种类繁多，但是从原理和结构上来看差别不大。以在煤矿广泛应用的型号为 KDL—1 型的测力锚杆为例，其结构原理如图 1-1 所示。其结构主要由杆体、保护接头、静态电阻应变仪、多通道转换开关、安装接头、联接导线等几部分组成。当把锚杆在巷道安装好之后，围岩应力作用于锚杆体时。锚杆产生形变，使锚杆体内的电阻应变片产生位移，然后位移信息被电阻应变仪接受并转换成电压信号输出。当得到应变信息后，再根据实验室标定的应力-应变曲线推算出其应变对应的应力值，即可得到锚杆的受力信息。

顶板离层,锚杆测力

图 1-3 顶板离层仪Figure 1-3 Roof delamination instrument图 1-4 锚杆测力计Figure 1-4 Anchor dynamometer（4）锚杆测力计锚杆测力计用于检测锚杆的轴向载荷，以供实时掌握锚杆受力状态，以及评价锚杆支护性能和锚固性能。而且，还能判断有没有出现预应力松弛状态，确定支护效果的基本工具[42-44]。（5）锚索测力计锚索测力计主要实现的是锚索载荷的实时测量功能，与锚杆的监测相同，锚索同样需要对预应力进行长期监测，防止杆体蠕变、或者围岩体结构变化等因素对锁定预应力变化产生的影响数据不能实时掌握，其结构如图 1-5 所示。

【参考文献】