[发明专利]一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置及监测方法

权利要求书

1.一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于：它包括设在顶板钻孔内的垂直测筒（1）、连接在垂直测筒（1）下的封装壳体（19），所述的封装壳体（19）上部对称设有定滑轮固定架（6）、钢带轮固定架（7），下部对称设有等强度悬臂梁（15），封装壳体（19）的左右两侧对称开有光纤导出孔（10），所述的滑轮固定架（6）上设有定滑轮（18），所述的钢带轮固定架（7）上设有钢带轮（17），所述对称设置的等强度悬臂梁（15）相对一端分别设有拉力弹簧（16），两根拉力弹簧（16）另一端连接有钢丝绳（3），钢丝绳（3）穿过刚带轮（17）和定滑轮（18）从垂直测筒（1）顶部的钢丝绳引出孔（2）穿出，穿出钢丝绳引出孔（2）的钢丝绳（3）的端头连接有锚固头（5），锚固头（5）上至少设有两个锚固爪（4）；所述的等强度悬臂梁（15）左右两侧对称设有A光纤光栅（8）和B光纤光栅（9），A光纤光栅（8）与B光纤光栅（9）经同一条光纤（12）从光纤导出孔（10）穿出与光纤接线头（14）连接，光纤导出孔（10）内注有封住光纤导出孔（10）的密封胶（11），从光纤导出孔（10）引出的光纤（12）铠装有胶皮保护层（13）。

2.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于：所述的垂直测筒（1）的直径为30-35mm，长度为250-350mm。

3.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于：所述的锚固头（5）上安设的锚固爪（4）为2-4个。

4.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于：所述的A光纤光栅（8）与B光纤光栅（9）的形状大小相同，波长互不相同。

5.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于：所述的钢丝绳（3）的最大长度为7m。

6.根据权利要求1所述的一种矿用光纤光栅顶板离层监测装置，其特征在于：所述的定滑轮（18）为带U型槽的塑料轴承滑轮。

7.一种使用权利要求1所述装置的矿用光纤光栅顶板离层监测方法，其特征在于：

a、在锚杆支护巷道中，向顶板支护的锚杆附近钻孔至预定的深度；

b、在钻孔内部布置一个浅部测点（24）和一个深部测点（25），其中浅部测点（24）设置在与顶板锚杆（21）上端处于同一高度，深部测点（25）设置在钻孔（22）上端的稳定岩层内；

c、用安装杆将一个锚固头推至钻孔上端的深部测点（25），将另一个锚固头推至浅部测点（24），此时盘绕在刚带轮上的钢丝绳将会被拉开，轻拉封装壳体（19），确保锚固头（5）上的锚固爪（4）与岩层已经锚固在一起；

d、将封装壳体（19）外部光纤（12）的光纤接线头（14）连接至光纤接线盒（23）；

e、钢丝绳（3）在顶板离层中的受力变化通过A光纤光栅（8）和B光纤光栅（9）的波长显示，利用波长解调装置将波长值解调为数字信号，送至计算机实时显示顶板离层的位移量，根据离层位移量绘制变化曲线和设定的离层界限值，判断是否有离层，实时监测顶板离层的数据变化：

（1）当深部测点（25）的数据不变，浅部测点（24）的数据不变，深部测点（25）的数据与浅部测点（24）的数据差值也不变时，可判断顶板没有发生离层或者顶板离层位置在深部测点（25）之上，此时应增大深部测点（25）的深度，监测深部测点（25）或者浅部测点（24）的数据是否有变化，进一步判断顶板离层情况；

（2）当深部测点（25）的数据逐渐增大，浅部测点（24）的数据不变，深部测点（25）的数据和浅部测点（24）的数据差值逐渐增大时，可判断顶板离层位置在深部测点（25）与浅部测点（24）之间；

（3）当深部测点（25）的数据逐渐增大，浅部测点（24）的数据逐渐增大，深部测点（25）的数据和浅部测点（24）的数据增幅相同时，可判断顶板离层位置在浅部测点（24）之下。