本發(fā)明涉及巷道頂板支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置及預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

預(yù)警巷道頂板下沉，能夠準(zhǔn)確得到巷道頂板的離層信息，及早發(fā)現(xiàn)巷道頂板失穩(wěn)的征兆等不安全隱患，進(jìn)而可以采取修復(fù)加固措施，避免冒頂事故的發(fā)生，使得煤礦順利進(jìn)行安全生產(chǎn)。

目前采用頂板離層儀和錨桿測(cè)力計(jì)對(duì)巷道頂板的失穩(wěn)狀況進(jìn)行測(cè)量，在安裝頂板離層儀和錨桿測(cè)力計(jì)的過程中，需要使用鉆機(jī)在巷道內(nèi)進(jìn)行鉆孔，而巷道內(nèi)每隔一段距離便需要安裝一臺(tái)頂板離層儀，因此需要額外在巷道內(nèi)鉆數(shù)量較多的孔來專門安裝頂板離層儀，且孔的深度較深，鉆孔過程中需要花費(fèi)較長的時(shí)間，使用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔也使得安裝成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，一方面，本發(fā)明提供了一種巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置，所述巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置包括鋼絲、空心錨索、位移傳感器和預(yù)警裝置；

空心錨索插入巖層內(nèi)且錨固在巷道頂板上，鋼絲位于空心錨索的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)，且鋼絲的一端與空心錨索位于巖層內(nèi)的一端固定，另一端從空心錨索的錨固端伸出，鋼絲的伸出端連接有位移傳感器，位移傳感器與預(yù)警裝置相連。

所述巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置還包括錨索托盤和螺母，錨索托盤安裝在所述空心錨索的錨固端且與巷道頂板緊密貼合，螺母壓緊所述錨索托盤。

所述位移傳感器為拉線位移傳感器，所述拉線位移傳感器的拉繩縛在所述鋼絲的伸出端。

所述預(yù)警裝置為二極管多顏色信號(hào)燈。

所述位移傳感器中設(shè)定有兩個(gè)閾值，分別為預(yù)警時(shí)期閾值t1和高危時(shí)期閾值t2，

預(yù)警時(shí)期閾值t1＝0.7l，高危時(shí)期閾值t2＝0.8l，其中，l為所述空心錨索的最大延伸長度。

另一方面，本發(fā)明提供了一種使用所述巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置進(jìn)行巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警的方法，所述方法包括：

步驟1、所述空心錨索在巷道頂板下沉?xí)r伸長，位于所述空心錨索錨固端外的鋼絲的長度變短，所述位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量所述鋼絲的伸出端的位移數(shù)據(jù)；

步驟2、所述位移傳感器根據(jù)測(cè)量的位移數(shù)據(jù)以及設(shè)定的閾值判斷巷道頂板變形時(shí)所處的時(shí)期并發(fā)送電信號(hào)給所述預(yù)警裝置；

步驟3、所述預(yù)警裝置根據(jù)接收到的電信號(hào)發(fā)出警報(bào)。

所述位移傳感器中設(shè)定有兩個(gè)閾值，分別為預(yù)警時(shí)期閾值t1和高危時(shí)期閾值t2，

當(dāng)所述鋼絲的伸出端的位移數(shù)據(jù)大于或等于0，且小于預(yù)警時(shí)期閾值t1時(shí)，巷道頂板處于安全時(shí)期；

當(dāng)所述鋼絲的伸出端的位移數(shù)據(jù)大于或等于t1，且小于高危時(shí)期閾值t2時(shí)，巷道頂板處于預(yù)警時(shí)期；

當(dāng)所述鋼絲的另一端的位移數(shù)據(jù)大于或等于高危時(shí)期閾值t2時(shí)，巷道頂板處于高危時(shí)期。

預(yù)警時(shí)期閾值t1＝0.7l，高危時(shí)期閾值t2＝0.8l，

其中，l為所述空心錨索的最大延伸長度。

所述預(yù)警裝置為二極管多顏色信號(hào)燈，

當(dāng)所述巷道頂板處于安全時(shí)期時(shí)，所述預(yù)警裝置顯示綠色；

當(dāng)所述巷道頂板處于預(yù)警時(shí)期時(shí)，所述預(yù)警裝置顯示黃色；

當(dāng)所述巷道頂板處于高危時(shí)期時(shí)，所述預(yù)警裝置顯示紅色。

本發(fā)明中的巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置能夠及時(shí)反饋巷道頂板變形時(shí)所處的時(shí)期，將巷道頂板的失穩(wěn)狀況進(jìn)行定量分級(jí)，更精確的實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道頂板的及時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)可能出現(xiàn)的隱患問題作出相應(yīng)的防止措施，且該裝置在對(duì)巷道支護(hù)的過程中即可完成安裝，無需使用鉆機(jī)另外進(jìn)行鉆孔和安裝，節(jié)約了大量的時(shí)間和成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的空心錨索的橫截面示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警方法的流程圖。

其中，

1鋼絲，2空心錨索，3位移傳感器，4預(yù)警裝置，5巖層，6錨索托盤，7螺母，a巷道頂板，b空心錨索的錨固端，c鋼絲的伸出端。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，如圖1至圖2所示，本發(fā)明提供了一種巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置，該巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置包括鋼絲1、空心錨索2、位移傳感器3和預(yù)警裝置4；

空心錨索2插入巖層5內(nèi)且錨固在巷道頂板a上，鋼絲1位于空心錨索2的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)，且鋼絲1的一端與空心錨索2位于巖層5內(nèi)的一端固定，另一端從空心錨索2的錨固端b伸出，鋼絲1的伸出端c連接有位移傳感器3，位移傳感器3與預(yù)警裝置4相連。

在本發(fā)明中，巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置還包括錨索托盤6和螺母7，錨索托盤6安裝在空心錨索2的錨固端b且與巷道頂板a緊密貼合，螺母7壓緊錨索托盤6。

在巷道的巖層5內(nèi)會(huì)插入很多普通錨索，普通錨索主要對(duì)巷道起到一定的支護(hù)作用，巷道頂板下沉多發(fā)生在直接頂，當(dāng)巷道頂板發(fā)生離層下沉?xí)r，錨索的錨固端不會(huì)改變，因此，頂板下沉?xí)r，巖層內(nèi)的錨索會(huì)伸長，當(dāng)錨索的伸長量大于錨索的最大延伸長度時(shí)，巷道頂板會(huì)失穩(wěn)，導(dǎo)致冒頂現(xiàn)象發(fā)生。

本發(fā)明中的錨索與普通錨索的不同之處在于本發(fā)明中的錨索為空心錨索2，空心錨索2內(nèi)設(shè)有鋼絲1，當(dāng)巷道頂板下沉發(fā)生變形時(shí)，空心錨索2插入巖層5內(nèi)的一端至空心錨索2的錨固端b之間的長度會(huì)伸長，由于鋼絲1的一端與空心錨索2插入巖層5內(nèi)的一端固定在一起，另一端從空心錨索2的錨固端b伸出，鋼絲1的伸出端為活動(dòng)端，因此空心錨索2插入巖層5內(nèi)的一端至空心錨索2的錨固端b之間的鋼絲長度會(huì)變長，即鋼絲1的活動(dòng)端會(huì)產(chǎn)生位移，該位移方向?yàn)槌蜾摻z1與空心錨索2的固定端的方向產(chǎn)生移動(dòng)，因此空心錨索2錨固端b以外的鋼絲長度會(huì)變短，其中，錨固端b以外的鋼絲1的縮短長度與空心錨索2的伸長長度是相等的，因此可以通過將鋼絲1伸出端的位移大小與錨索的最大延伸長度進(jìn)行對(duì)比，而得知巷道頂板的失穩(wěn)狀況。

在本發(fā)明中，可通過位移傳感器3測(cè)量鋼絲1的位移變化情況，且位移傳感器3內(nèi)設(shè)定有閾值，通過對(duì)測(cè)量的鋼絲1的伸出端的位移大小與設(shè)定的閾值大小進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而判斷巷道頂板的失穩(wěn)狀況，本發(fā)明中為位移傳感器3設(shè)定兩個(gè)閾值，分別為預(yù)警時(shí)期閾值t1和高危時(shí)期閾值t2，預(yù)警時(shí)期閾值t1＝0.7l，高危時(shí)期閾值t2＝0.8l，其中，l為空心錨索2的最大延伸長度，空心錨索2的最大延伸長度l為空心錨索2受拉力作用斷裂時(shí)的長度與空心錨索2的初始長度之差，空心錨索的最大延伸長度可通過對(duì)空心錨索進(jìn)行拉伸試驗(yàn)而得到，本發(fā)明中空心錨索2的材質(zhì)與起到支護(hù)作用的普通錨索的材質(zhì)相同，因此，空心錨索2的最大延伸長度與普通錨索的最大延伸長度相同，即通過空心錨索2的伸長狀況來間接反映起到支護(hù)作用的錨索的伸長狀況，當(dāng)鋼絲1伸出端的位移數(shù)據(jù)未達(dá)到0.7l時(shí)，則巷道頂板處于安全時(shí)期，當(dāng)鋼絲1伸出端的位移數(shù)據(jù)達(dá)到0.7l時(shí)，則巷道頂板進(jìn)入預(yù)警時(shí)期，當(dāng)鋼絲1伸出端的位移數(shù)據(jù)達(dá)到0.8l時(shí)，則巷道頂板進(jìn)入高危時(shí)期。

當(dāng)位移傳感器3測(cè)量的位移數(shù)據(jù)達(dá)到不同的閾值時(shí)，即巷道頂板處于不同的時(shí)期時(shí)，位移傳感器3會(huì)輸出不同的電信號(hào)，并將電信號(hào)發(fā)送給預(yù)警裝置4，預(yù)警裝置4根據(jù)接收到的電信號(hào)發(fā)出警報(bào)。預(yù)警裝置4可以為二極管多顏色信號(hào)燈，當(dāng)鋼絲1伸出端的位移數(shù)據(jù)達(dá)到不同的閾值時(shí)，位移傳感器3會(huì)輸出不同大小的電流，不同大小的電流可以觸發(fā)二極管多顏色信號(hào)燈顯示不同的顏色：

當(dāng)鋼絲1的伸出端的位移數(shù)據(jù)大于或等于0，且小于預(yù)警時(shí)期閾值t1時(shí)，巷道頂板處于安全時(shí)期，預(yù)警裝置4顯示綠色；

當(dāng)鋼絲1的伸出端的位移數(shù)據(jù)大于或等于t1，且小于高危時(shí)期閾值t2時(shí)，巷道頂板處于預(yù)警時(shí)期，預(yù)警裝置4顯示黃色；

當(dāng)鋼絲1的另一端的位移數(shù)據(jù)大于或等于高危時(shí)期閾值t2時(shí)，巷道頂板處于高危時(shí)期，預(yù)警裝置4顯示紅色。

如此，在巷道內(nèi)工作的人員可以通過觀察預(yù)警裝置4顯示的顏色來直觀的判斷巷道頂板的離層狀況，并及時(shí)對(duì)巷道頂板進(jìn)行加固修，能夠有效避免冒頂事故的發(fā)生，有效的保證了安全性。

在本發(fā)明中，位移傳感器3可以為拉線位移傳感器，拉線位移傳感器的拉繩縛在鋼絲1的伸出端。也可以根據(jù)實(shí)際情況選擇其他類型的位移傳感器，例如激光位移傳感器等。

本發(fā)明中的巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置可以沿巷道方向每隔20m的位置安裝一個(gè)，以對(duì)不同區(qū)域的巷道均進(jìn)行預(yù)警，在安裝起到支護(hù)作用的普通錨索時(shí)，就可以直接安裝該巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置，將該裝置的空心錨索2插入到巖層5中并進(jìn)行錨固，因此在對(duì)巷道支護(hù)的過程中即可完成巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置的安裝，無需使用鉆機(jī)另外進(jìn)行鉆孔和安裝，節(jié)約了大量的時(shí)間和成本。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供了一種使用實(shí)施例1中的巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置進(jìn)行巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警的方法，如圖3所示，該方法包括：

步驟1、空心錨索2在巷道頂板a下沉?xí)r伸長，位于空心錨索2的錨固端b外的鋼絲1的長度變短，位移傳感器3實(shí)時(shí)測(cè)量鋼絲1的伸出端的位移數(shù)據(jù)；

其中，位于空心錨索2錨固端b外的鋼絲1的長度變短，即鋼絲1的伸出端發(fā)生位移，位移的大小與空心錨索2的伸長量的大小相等。

步驟2、位移傳感器3根據(jù)測(cè)量的位移數(shù)據(jù)以及設(shè)定的閾值判斷巷道頂板變形時(shí)所處的時(shí)期并發(fā)送電信號(hào)給預(yù)警裝置4；

其中，當(dāng)鋼絲1的伸出端的位移數(shù)據(jù)大于或等于0，且小于預(yù)警時(shí)期閾值t1時(shí)，巷道頂板處于安全時(shí)期；

當(dāng)鋼絲1的伸出端的位移數(shù)據(jù)大于或等于t1，且小于高危時(shí)期閾值t2時(shí)，巷道頂板處于預(yù)警時(shí)期；

當(dāng)鋼絲1的另一端的位移數(shù)據(jù)大于或等于高危時(shí)期閾值t2時(shí)，巷道頂板處于高危時(shí)期；

預(yù)警時(shí)期閾值t1＝0.7l，高危時(shí)期閾值t2＝0.8l，l為所述空心錨索2的最大延伸長度

巷道處于不同時(shí)期時(shí)，位移傳感器3會(huì)發(fā)送不同的電信號(hào)給預(yù)警裝置4。

步驟3、預(yù)警裝置4根據(jù)接收到的電信號(hào)發(fā)出警報(bào)。

當(dāng)巷道頂板處于安全時(shí)期時(shí)，預(yù)警裝置4根據(jù)接收到的電信號(hào)顯示綠色；

當(dāng)巷道頂板處于預(yù)警時(shí)期時(shí)，預(yù)警裝置4根據(jù)接收到的電信號(hào)顯示黃色；

當(dāng)巷道頂板處于高危時(shí)期時(shí)，預(yù)警裝置4根據(jù)接收到的電信號(hào)顯示紅色。

本發(fā)明中的巷道頂板失穩(wěn)分級(jí)預(yù)警裝置能夠及時(shí)反饋巷道頂板變形時(shí)所處的時(shí)期，將巷道頂板的失穩(wěn)狀況進(jìn)行定量分級(jí)，更精確的實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道頂板的及時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)可能出現(xiàn)的隱患問題作出相應(yīng)的防止措施，且該裝置在對(duì)巷道支護(hù)的過程中即可完成安裝，無需使用鉆機(jī)另外進(jìn)行鉆孔和安裝，節(jié)約了大量的時(shí)間和成本。

上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。