[发明专利]一种双托盘锚杆锚固力实时监测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种锚固力监测方法及装置，尤其在煤矿巷道及其他地下锚固工程中的一种双托盘锚杆锚固力实时监测方法及装置。

背景技术

锚杆被广泛应用于矿山开采和隧道围岩加固中，尤其在煤矿巷道支护中锚杆支护已经成为当前主要的技术手段。锚杆锚固力是体现锚杆支护的主动性和及时性的重要指标，监测锚杆的锚固力对于了解当前支护效果至关重要，但如何准确全面地监测锚杆工作状态及锚固力参数到目前来说仍然是一个难题。在煤矿巷道中当锚固力达不到支护要求时将引起围岩的离层、碎裂，最终可能会引发垮巷、冒顶等事故的发生；同时预紧力过大时往往容易造成局部岩体破坏，导致整体支护效果下降。因此，需要对锚杆的锚固力实时监测，及时掌握各个锚杆的锚固力情况,对锚固力小于最小设定值的锚杆补加载，对锚固力大于最大额定值的锚杆适当卸载。煤矿开采扰动等影响因素致使锚固力不能始终保持在一个固定数值，保持对锚杆锚固力的实时准确监测对降低煤矿安全事故发生的可能性至关重要。

目前，使用较多的锚杆锚固力检测装置有弹性元件电子测力计、液压枕指针式测力计和锚杆无损检测仪。测力元件一般安装在锚杆的外露端，用以测定锚杆的受力情况。但是一般的电子测力计和液压枕测力计，由于测力计的体积较大，造价高和使用不便等原因，其应用只限于在巷道中极少量锚杆受力情况的抽查和试验研究，不能对工程中所有锚杆进行测量；锚杆无损检测仪虽然可以检测巷道中全部锚杆，但测量效率太低且对技术人员要求过高。

发明内容

本发明的目的是要提供一种双托盘锚杆锚固力实时监测方法及装置，解决现有技术测力计测定装置较大、造价高、使用不便的问题。

本发明的目的是这样实现的：锚固力监测方法通过锚杆上安装显示仪表，实时显示锚杆锚固力大小，锚固力不足或锚固力超荷时及时报警，有效的降低煤炭安全事故发生的可能性；具体步骤包括：

(1)在锚杆支护时采用双托盘结构，双托盘结构由两托盘之间中心一个空心圆柱和边缘四个中心对称的实心圆柱焊接组成；

(2)在双托盘之间的五根圆柱上中部沿轴向布置四个中心对称应变片，组成惠斯通全桥电路；

(3)在锚杆附近布置一温度补偿片，组成惠斯通四分之一桥电路；

(4)锚杆安装后，通过应变片采集布片位置的应变值；

(5)模拟数字转换器将采集到的模拟信号转换为数字信号；

(6)控制器根据应变片的应变值，计算当前锚杆锚固力；

(7)控制器控制显示仪表显示锚杆锚固力，当锚固力小于设定的最低要求或大于设定的最大锚固力时控制报警装置发出相应指示信号。

所述双托盘结构上布置的应变片采集当前布片位置应变值后，通过模拟数字转换器将采集到的模拟信号转换为数字信号，控制器根据布片位置的应变值，计算各锚杆锚固力并控制显示仪表显示，控制报警装置发出报警信号。

所述锚固力实时监测方法的装置为锚固力监测预警系统，包括双托盘结构、应变桥、模拟数字转换器、控制器、显示仪表和报警装置；双托盘结构、应变桥、模拟数字转换器、控制器、显示仪表和报警装置顺序连接；其中：

(1)应变桥，由应变片构成的应变桥用来采集布片位置当前应变值；

(2)模拟数字转换器将采集到的模拟信号转换为数字信号；

(3)控制器，用于根据当前应变值，计算各圆柱轴力和锚杆锚固力，并控制显示面板显示当前锚杆锚固力、报警装置发出相应指示信号；

(4)显示仪表，用于显示当前各锚杆的锚固力；

(5)报警装置，用于根据控制器的控制发出报警信号。

所述的双托盘结构为两托盘之间焊接五个短圆柱，包括中心一个空心圆柱和边缘四个中心对称的实心圆柱。

所述的控制器包括第一确定单元，第二确定单元，求解单元，识别单元、第一控制单元和第二控制单元；第一确定单元和第二确定单元的输出均与求解单元的输入连接，求解单元的输出与识别单元的输入连接，识别单元的输出同时与第一控制单元和第二控制单元的输入连接；其中：

第一确定单元，用于根据双托盘结构布片处惠斯通电桥的电压值，确定布片位置的应变值；

第二确定单元，用于根据温度补偿片组成的惠斯通电桥的电压值，确定温度补偿片的应变值；

求解单元，用于根据布片位置的应变值与温度补偿片的应变值，求解当前布片位置的真实应变值；并且根据双托盘之间五根圆柱布片处的应变求出各圆柱轴力，通过各圆柱轴力求解出当前锚杆的锚固力数值；

识别单元，用于判断各锚杆锚固力数值是否在安全范围内；