[发明专利]一种基于光纤光栅传感器的煤矿巷道顶板应力监测装置

说明书

本发明属于矿洞安全生产技术领域，具体的说是一种基于光纤光栅传感器的煤矿巷道顶板应力监测装置，包括顶板支架、光纤光栅传感器、支撑调节机构和卡接机构，所述顶板支架水平均匀连接在顶板的下表面，顶板支架的下方设有支撑调节机构；所述支撑调节机构包括插接杆、插接桩、气压槽、输气软管、滑动板和电动支撑杆；所述插接杆的上端对称设在顶板支架的两端下壁中，插接杆的上端内表面固定安装有光纤光栅传感器，插接杆的下端滑动插接在插接桩的内部气压槽中；本发明主要用于解决现有技术中的煤矿巷道顶板应力在线监测装置造价成本过高，且在煤矿巷道将要坍塌时也无法第一时间对将要坍塌的顶板进行紧急处理，大大降低工人们生存率的问题。

技术领域

本发明属于矿洞安全生产技术领域，具体的说是一种基于光纤光栅传感器的煤矿巷道顶板应力监测装置。

背景技术

煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间，通常包括巷道、井硐和采掘面等等。煤是最主要的固体燃料，是可燃性有机岩的一种。它是由一定地质年代生长的繁茂植物，在适宜的地质环境中，逐渐堆积成厚层，并埋没在水底或泥沙中，经过漫长地质年代的天然煤化作用而形成的。在世界上各地质时期中，以石炭纪、二叠纪、侏罗纪和第三纪的地层中产煤最多，是重要的成煤时代。煤的含碳量一般为46～97％，呈褐色至黑色，具有暗淡至金属光泽。根据煤化程度的不同，煤可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四类，而对煤矿进行开采时需要开挖矿洞，由于矿洞处于地下，所以充满了不稳定性，存在坍塌的危险，而现有技术中的煤矿巷道顶板应力监测通常由精密仪器实现，生产成本太高，且监测到巷道有坍塌时也无法第一时间对将要坍塌的顶板进行紧急处理，大大降低了工人们的生存率。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提出的一种基于光纤光栅传感器的煤矿巷道顶板应力监测装置。本发明主要用于解决现有技术中的煤矿巷道顶板应力在线监测装置造价成本过高，且在煤矿巷道将要坍塌时也无法第一时间对将要坍塌的顶板进行紧急处理，大大降低工人们生存率的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种基于光纤光栅传感器的煤矿巷道顶板应力监测装置，包括顶板支架、光纤光栅传感器、支撑调节机构和卡接机构，所述顶板支架水平均匀连接在顶板的下表面，顶板支架的下方设有支撑调节机构；所述支撑调节机构包括插接杆、插接桩、气压槽、输气软管、滑动板和电动支撑杆；所述插接杆的上端对称设在顶板支架的两端下壁中，插接杆的上端内表面固定安装有光纤光栅传感器，插接杆的下端滑动插接在插接桩的内部气压槽中，插接杆的下端固定连接有滑动板；左右两端所述气压槽通过输气软管连通；所述输气软管的下端设在土层内；所述光纤光栅传感器初始状态下为水平对齐状；所述插接桩的下端通过螺栓固定连接在土层上表面；所述滑动板的内部两端对称滑动连接有电动支撑杆；所述电动支撑杆的下端分别固定连接在气压槽的下端两侧；当需要对顶板应力进行监测时，即可将顶板支架安装在顶板的下端，并将支撑机构安装在顶板支架的下端，初始时光纤光栅传感器位于同一水平面上，当矿洞巷道顶板应力改变导致顶板支架向一侧倾斜时，即光纤光栅传感器由于倾斜不处于同一水平面，即立刻通过控制系统拉响警报通知人员撤离，而当一侧的插接杆下移时，光标感应器通过测得的下降距离控制另一侧插接桩内的电动支撑杆收缩，即向下拉动另一端的插接杆，因两端的插接桩内部气压槽通过输气软管连通，即另一侧的电动支撑杆收缩时会将插接桩内气压槽内的气体通过输气软管输送到另一侧的插接桩内，即通过调节再次使得顶板直接处于水平状态，提高装置工作时的结构稳定性，避免一侧受压较大导致插接杆破损失去对顶板的支撑效果，从而导致矿洞坍塌使工人难以及时撤离。