[发明专利]一种锚杆应力-微震同时空集成的深埋隧道塌方实时预警系统及方法

权利要求书

1.一种锚杆应力-微震同时空集成的深埋隧道塌方实时预警系统，其特征在于，包括：

锚杆应力采集装置(100)、微震信号采集装置(200)、数据处理装置(300)以及声光报警装置(400)；

所述锚杆应力采集装置(100)和微震信号采集装置(200)通过集成安装于隧道围岩锚杆上，获取锚杆应力和微震信号数据；

所述数据处理装置(300)用于对采集的微震信号进行滤波，获取岩石破裂产生的较为纯净的微震信号，再根据锚杆应力和微震数据分别计算出锚杆应力变化速率(σ_t)、微震活跃度(MAL)、主频和b值，最后再根据上述四个特征参数的数值对深埋隧道塌方风险等级进行判定；

所述声光报警装置(400)用于对所述数据处理装置(300)发送的塌方风险等级指令进行快速响应，其方式为：警报灯连续闪烁，蜂鸣器持续发出蜂鸣声。

2.根据权利要求1所述一种锚杆应力-微震同时空集成的深埋隧道塌方实时预警系统，其特征在于，所述锚杆应力采集装置(100)包括锚杆应力计(101)、连接杆(102)、预拉杆(103)、承压板(104)、锁定螺母(105)和数据传输电缆(106)；所述连接杆(102)与已打入围岩内部支护锚杆通过焊接连接，在两个相邻所述连接杆(102)之间安装了一个所述锚杆应力计(101)，用于获取锚杆实时变化的应力值，所述预拉杆(103)与末端的所述连接杆(102)同样通过焊接结合，所述承压板(104)以及所述锁定螺母(105)用于使锚杆支护体系处于一个紧密压缩状态，保证获取的锚杆应力值有效性，最终通过所述数据传输电缆(106)将所获取锚杆应力值发送至所述数据采集装置(300)。

3.根据权利要求1所述一种锚杆应力-微震同时空集成的深埋隧道塌方实时预警系统，其特征在于，所述微震信号采集装置(200)包括微震传感器(201)、强力吸附支座(202)和数据传输电缆(203)；强力吸附支座(202)通过底面极大吸附力固定于所述与拉杆(103)末端，所述微震传感器(201)通过与螺纹咬合构造固定于强力吸附支座(202)顶面上，以此获取岩石破裂所产生微震信号，最终通过所述数据传输电缆(203)将微震信号数据传送至所述数据采集装置(300)。

4.根据权利要求1所述一种锚杆应力-微震同时空集成的深埋隧道塌方实时预警系统，其特征在于，所述数据处理装置(300)包括：数据接收模块(301)，用于实时接收锚杆应力和微震波形数据；微震数据滤波模块(302)，用于剔除实时监测的微震波形数据中的环境噪声信号，以提取出岩石破裂产生的相对纯净的微震信号；特征参数计算模块(303)，用于计算锚杆应力变化速率(σ_t)、微震活跃度(MAL)、主频和b值等特征参数；供电模块(304)，用于对锚杆应力采集装置、微震信号采集装置和数据处理装置供电；预警等级判别模块(305)，用于根据实时获取的锚杆应力变化率(σ_t)、微震活跃度(MAL)、主频和b值等特征参数进行塌方等级判定；数据储存模块(306)，用于储存该系统所产生的全部数据，涉及所述锚杆应力采集装置(100)以及微震信号采集装置(200)获取的原始数据，数据处理装置(300)处理后的两种数据所对应特征参数数据，以及塌方风险等级判定数据，还涉及所述声光报警装置(400)对隧道围岩塌方风险所响应的数据；输入接口(307)，用于接收数据，与锚杆应力采集装置(100)以及微震信号采集装置(200)的数据传输电缆相连接；输出接口(308)：用于将预警指令发送至声光报警装置(400)。

5.根据权利要求1所述一种锚杆应力-微震同时空集成的深埋隧道塌方实时预警系统，其特征在于，所述声光报警装置(400)包括：蜂鸣器(401)、警报灯(402)、数据输入接口(403)、固定螺钉(404)、蓄电池(405)、控制电路板(406)、复原按钮(407)、报警按钮(408)；控制电路板(406)用于对“塌方”指令进行即时响应，控制蜂鸣器(401)和警报灯(402)持续工作；该装置通过内置蓄电池(405)供电，无需依赖外界电源即可独立工作。