[发明专利]一种巷道顶板稳定性的监测预警装置及方法

权利要求书

1.一种巷道顶板稳定性的监测预警装置，其特征在于：包括支撑机构、设置在支撑机构上的实时监测组件和自动控制系统；

所述的支撑机构包括底座和升降杆组件，所述的升降杆组件包括液压杆、液压泵和支撑杆，支撑杆底端与底座固定连接，将升降杆组件固接在底座的上部；在底座上支撑杆的四周均开有销钉安装孔，所述的底座通过销钉固定设置在巷道地面上；

所述的实时监测组件包括从上至下依次连接的测压板、限位板和U型槽，还包括设置在U型槽内的测压机构以及由压力传感器、无线射频标签、报警器和激光测距模组构成的实时监测单元：

在所述测压板下部中心设有导柱，导柱的两侧设有若干个导杆，在每个导杆上还分别设有弹簧Ⅱ；

在限位板的中心位置开有导柱通孔，在限位板上开有若干个与导杆相对应的导杆通孔，测压板下部的导柱和两侧设有的导杆分别穿过导柱通孔和导杆通孔与限位板活动连接；

所述的U型槽为开口向上的U型槽，所述的测压机构设置在U型槽内，包括推板、两个滑杆和弹簧Ⅰ，所述的推板横向置于U型槽内，弹簧Ⅰ一端与推板上部中心固定连接，另一端与导柱的下端固定连接，在推板的两侧还开有两个滑杆通孔，所述的两个滑杆 分别穿过两个滑杆通孔一端与限位板下部固定连接，另一端与U型槽底板内侧固定连接，所述的液压杆的顶端与推板中心下部固定连接；

所述的压力传感器设置在U型槽内的底板上，所述的激光测距模组对称设置在U型槽两侧下部，并与导杆的底端对应适配，所述的无线射频标签和报警器设置在U型槽的底部外侧；所述的压力传感器、激光测距模组、无线射频标签和报警器分别与自动控制系统电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种巷道顶板稳定性的监测预警装置，其特征在于，所述报警器为蓝、黄和红三色报警灯组。

3.根据权利要求1所述的一种巷道顶板稳定性的监测预警装置，其特征在于，所述的自动控制系统包括中央处理模块，分别与中央处理模块连接的信息存储模块、数据比较单元、统计分析模块，分别与中央处理模块和数据比较单元连接的实时监测单元及报警单元和与统计分析模块连接的显示单元。

4.根据权利要求3所述的一种巷道顶板稳定性的监测预警装置，其特征在于，所述数据比较单元包括单位时间设定模块、实时记录模块、差值计算模块和数据比较模块，所述单位时间设定模块的输出端与实时记录模块的输入端连接，所述实时记录模块的输出端与差值计算模块的输入端连接，所述差值计算模块的输出端与数据比较模块的输入端连接。

5.根据权利要求3所述的一种巷道顶板稳定性的监测预警装置，其特征在于，所述报警单元包括语音报警模块、警示级别划分模块、初级风险模块、中级风险模块和高级风险模块，所述警示级别划分模块分别与初级风险模块、中级风险模块和高级风险模块双向电性连接，所述警示级别划分模块的输出端分别与三色报警灯组和语音报警模块的输入端连接。

6.根据权利要求3所述的一种巷道顶板稳定性的监测预警装置，其特征在于，所述显示单元包括无线接收模块、信息转码模块和LED显示模块，所述无线接收模块的输出端与信息转码模块的输入端连接，所述信息转码模块的输出端与LED显示模块的输入端连接；所述LED显示模块为监控室内的显示屏幕。

7.一种巷道顶板稳定性的监测预警方法，采用权利要求1所述的巷道顶板稳定性的监测预警装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、装置安装与监测

将底座放置在矿区底部，然后使用销钉将底座固定在矿区地面上，之后利用升降杆组件，使得U型槽上升，带动限位板使得测压板上升，使测压板顶到巷道顶板上，直至压力传感器上显示出设定的数值，升降降杆组件的液压泵停止工作；当巷道顶板发生变形时，随着巷道顶板的下降，挤压测压板下降，使导柱挤压弹簧Ⅰ带动推板对压力传感器进行不断的挤压，压力值会通过无线射频标签同步传

输给自动控制系统；

步骤二、警示级别划分

在无线射频标签中输入对应支撑机构的位置及编码信息，之后通过警示级别划分模块将报警单元的警示级别分别划分为初级风险模块、中级风险模块和高级风险模块，并且将不同矿山巷道顶板对应风险的相关判断标准分别输入到初级风险模块、中级风险模块和高级风险模块中；

步骤三、初始值确定

将步骤一中的压力传感器测得数值传输到数据比较模块的实时记录模块中，作为初始压力值，同时将测得的激光测距模组与对应导杆之间的间距值输入到实时记录模块中，作为初始间距值，通过无线射频标签同步传输给自动控制系统；

步骤四、记录监测

通过单位时间设定模块来确定相邻两次监测数据传输的间隔时间，并通过实时记录模块对传输数据进行记录，并且通过差值计算模块对相邻两次传输的数据做差，然后通过数据比较模块判断差值变化速度的大小，进而根据步骤二中设定的风险标准来进行判断，若符合对应的风险标准，则直接控制蓝、黄和红三色报警灯组闪烁不同的颜色，如初级风险模块、中级风险模块和高级风险模块分别对应蓝、黄和红，并且在达到高级风险时，控制语音报警模块进行语音报警；

步骤五、变形监测

当巷道顶板沉降使得支撑机构的导杆和激光测距模组之间的间距产生变化时，弹性变形以及塑性变形的沉降数值均通过无线射频标签同步传输到自动控制系统上，工作人员根据无线射频标签中的信息找到对应位置的支撑机构，并通过自动控制系统远程控制使其亮蓝、黄和红三色灯以及报警；

步骤六、显示观察

统计分析模块对实时记录模块中记录的数据进行整合，并生成图表走势图，显示单元通过无线接收模块接收到相关信息后，通过信息转码模块将电信号转化为数字信号，进而在LED显示模块上进行相关图表的动态显示，压力值和沉降值均可同步在线显示。