一種煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，包括煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀；井底數(shù)據(jù)處理分站，包括采集控制處理中心、信號(hào)放大器、相敏檢波器和濾波器，其中所述采集控制處理中心的輸入端與所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀相連，所述信號(hào)放大器的輸入端與所述采集控制處理中心的輸出端相連，所述信號(hào)放大器的輸出端與所述相敏檢波器的輸入端相連，所述相敏檢波器的輸出端與所述濾波器的輸入端相連；信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其輸入端與所述濾波器的輸出端相連；井上實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備和工業(yè)電腦。本實(shí)用新型所述系統(tǒng)只需打一個(gè)鉆孔、結(jié)構(gòu)簡單、成本低，并能準(zhǔn)確遠(yuǎn)程監(jiān)測煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力。
【專利說明】一種煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種檢測系統(tǒng)，特別是涉及一種用于煤礦現(xiàn)場生產(chǎn)中遠(yuǎn)程監(jiān)測同一鉆孔不同位置局部應(yīng)力的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，煤礦等有關(guān)方面在做一些科研項(xiàng)目和現(xiàn)場生產(chǎn)中廣泛運(yùn)用到鉆孔應(yīng)力計(jì)等裝置來監(jiān)測煤層的內(nèi)部應(yīng)力，一般的做法都是每隔一定距離打一個(gè)深度不一的鉆孔，在每個(gè)鉆孔的底部安裝一個(gè)鉆孔應(yīng)力計(jì)，監(jiān)測這個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的局部應(yīng)力，最后可以近似形成一個(gè)連續(xù)的不同深度的應(yīng)力曲線。這種做法在距離工作面較遠(yuǎn)時(shí)尚可，距離工作面較近時(shí)，因?yàn)槊總€(gè)鉆孔之間有一定距離，受到工作面超前支撐壓力的劇烈影響，每個(gè)鉆孔的受力是不一樣的，甚至差距很大；同時(shí)，打一定數(shù)量的鉆孔，個(gè)別鉆孔受力環(huán)境和應(yīng)力計(jì)安裝等都可能存在一定的偶然因素影響，造成結(jié)果沒有可比性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種只需打一個(gè)鉆孔、結(jié)構(gòu)簡單、成本低，并能準(zhǔn)確遠(yuǎn)程監(jiān)測煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。
[0004]一種煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，包括:
[0005]煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀；
[0006]井底數(shù)據(jù)處理分站，包括采集控制處理中心、信號(hào)放大器、相敏檢波器和濾波器，其中所述采集控制處理中心的輸入端與所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀相連，所述信號(hào)放大器的輸入端與所述采集控制處理中心的輸出端相連，所述信號(hào)放大器的輸出端與所述相敏檢波器的輸入端相連，所述相敏檢波器的輸出端與所述濾波器的輸入端相連；
[0007]信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其輸入端與所述濾波器的輸出端相連；
[0008]井上實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備和工業(yè)電腦，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸入端通過礦用輕型軟電纜與所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器的輸出端相連，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出端與所述工業(yè)電腦相連；
[0009]本安穩(wěn)壓電源，通過礦用移動(dòng)輕型軟電纜分別與所述井底數(shù)據(jù)處理分站和所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器相連。
[0010]本實(shí)用新型所述的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀為圓柱形，其直徑小于所述鉆孔直徑5-8mm。
[0011]本實(shí)用新型所述的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀包括圓柱形橡膠保護(hù)層以及固定于其內(nèi)部的多個(gè)應(yīng)變模塊，所述多個(gè)應(yīng)變模塊固定于所述圓柱形橡膠保護(hù)層徑向的中心位置，并沿其長度方向均勻排列，所述多個(gè)應(yīng)變模塊通過礦用輕型軟電纜與所述采集控制處理中心的輸入端相連。
[0012]本實(shí)用新型所述的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述應(yīng)變模塊包括感應(yīng)所述鉆孔應(yīng)力的應(yīng)變絲和兩極線，所述兩極線與所述礦用輕型軟電纜相連。[0013]本實(shí)用新型所述的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其中相鄰兩個(gè)所述應(yīng)變模塊為之間的距離為lm。
[0014]本實(shí)用新型所述的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述采集控制處理中心為電橋。
[0015]本實(shí)用新型煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于:
[0016]本實(shí)用新型煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017]一是節(jié)約成本，只需一個(gè)鉆孔及成套監(jiān)測系統(tǒng)便可完成連續(xù)應(yīng)力的測量。
[0018]二是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，在同一鉆孔可以監(jiān)測連續(xù)的應(yīng)力，更準(zhǔn)確的研究側(cè)向支承壓力和超前支承壓力應(yīng)力特征，繪制煤巖體內(nèi)部應(yīng)力變化曲線，適合科研用。
[0019]三是可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，可提供不同長度和不同直徑的監(jiān)測裝置以適應(yīng)不同的鉆孔，也可根據(jù)不同的監(jiān)測需求，提供有不同應(yīng)變模塊密度的監(jiān)測裝置。
[0020]四是實(shí)時(shí)在線，一天24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測，無需更多的人力物力，即可完成在線煤體應(yīng)力變化的監(jiān)測。
[0021]五是統(tǒng)計(jì)分析，基于充足的數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成報(bào)表，進(jìn)行煤體應(yīng)力變化趨勢分析。
[0022]本發(fā)明所述系統(tǒng)通過對煤礦井下煤層或者巖層同一鉆孔不同位置的應(yīng)力變化的監(jiān)測，確定煤巖體中支承壓力大小，測量因采動(dòng)影響煤層或巖層內(nèi)部應(yīng)力場變化，可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)整理、繪制煤巖體內(nèi)部應(yīng)力變化曲線，預(yù)測、預(yù)報(bào)煤巖體內(nèi)支承壓力變化規(guī)律；既減少了鉆孔數(shù)量及部分人力物力，節(jié)約項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)，又增加相應(yīng)的監(jiān)測結(jié)果的專業(yè)性、準(zhǔn)確性。
[0023]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)作進(jìn)一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本實(shí)用新型所述系統(tǒng)中煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本實(shí)用新型煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀中的應(yīng)變模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1?圖3所示，一種煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，包括:
[0028]煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀；井底數(shù)據(jù)處理分站，包括采集控制處理中心、信號(hào)放大器、相敏檢波器和濾波器，其中所述采集控制處理中心的輸入端與所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀相連，所述信號(hào)放大器的輸入端與所述采集控制處理中心的輸出端相連，所述信號(hào)放大器的輸出端與所述相敏檢波器的輸入端相連，所述相敏檢波器的輸出端與所述濾波器的輸入端相連；信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其輸入端與所述濾波器的輸出端相連；井上實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備和工業(yè)電腦，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸入端通過礦用輕型軟電纜與所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器的輸出端相連，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出端與所述工業(yè)電腦相連；本安穩(wěn)壓電源，通過礦用移動(dòng)輕型軟電纜分別與所述井底數(shù)據(jù)處理分站和所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器相連。
[0029]其中，所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀置于煤層鉆孔中，感應(yīng)所述鉆孔側(cè)壁的應(yīng)力；所述井底數(shù)據(jù)處理分站采集所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀感應(yīng)到的應(yīng)力信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)傳輸給所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器將所述電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并傳輸給所述井上實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)；本安穩(wěn)壓電源、采集控制處理中心、相敏檢波器、濾波器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器均為隔爆設(shè)備；所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀為圓柱形，其直徑小于所述鉆孔直徑5-8mm，等到孔壁變形擠壓圓柱形橡膠保護(hù)層2時(shí)，其內(nèi)部應(yīng)變絲4電阻發(fā)生變化(變細(xì)變長，電阻變大)，進(jìn)而導(dǎo)致輸出電流變化。
[0030]所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀包括圓柱形橡膠保護(hù)層2以及固定于其內(nèi)部的多個(gè)應(yīng)變模塊1，所述多個(gè)應(yīng)變模塊I固定于所述圓柱形橡膠保護(hù)層2徑向的中心位置，并沿其長度方向均勻排列，所述多個(gè)應(yīng)變模塊I通過礦用輕型軟電纜3與所述井底數(shù)據(jù)處理分站相連。所述應(yīng)變模塊I包括感應(yīng)所述鉆孔應(yīng)力的應(yīng)變絲4和兩極線5，所述兩極線5與所述礦用輕型軟電纜3相連，相鄰兩個(gè)所述應(yīng)變模塊I為之間的距離為lm，一般鉆孔直徑有8m, 16m、24m、32m 等。
[0031]所述采集控制處理中心通過所述礦用輕型軟電纜3與所述應(yīng)變模塊I相連，將所述應(yīng)變絲4的電阻變化量(即壓力值)轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)；所述信號(hào)放大器將采集控制處理中心輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行不失真的放大，形成調(diào)幅波；所述相敏檢波器將放大后的調(diào)幅波還原為被測應(yīng)變信號(hào)波形，同時(shí)反映被測應(yīng)變信號(hào)的方向，所述濾波器濾除相敏檢波器輸出信號(hào)中的高次諧波分量，以獲得理想的輸出波形信號(hào)，并傳輸給所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器。
[0032]所述井底數(shù)據(jù)處理分站和信號(hào)轉(zhuǎn)換器懸掛在煤礦井下巷道煤幫上，不占用井下作業(yè)空間，通礦用輕型軟電纜與井上的所述井上實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)相連；所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器將接收所述濾波器傳來的應(yīng)變信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳輸給所述井上實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備和工業(yè)電腦，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸入端通過礦用輕型軟電纜與所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器的輸出端相連，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出端與所述工業(yè)電腦相連；所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備為現(xiàn)有的常用設(shè)備，如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器；軟件包括數(shù)據(jù)處理分析軟件，一般為北京科技大學(xué)微地震研究中心研發(fā)的CRMS3.0監(jiān)測中心軟件，對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后最終得出所述鉆孔的煤層內(nèi)部應(yīng)力實(shí)際值，并通過所述顯示器輸出；優(yōu)選的是，所述采集控制處理中心為電橋，一般指的是惠登斯電橋。
[0033]本實(shí)用新型所述系統(tǒng)的工作過程一般如下:
[0034]將所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀放入鉆孔中，鉆孔側(cè)壁向其施壓，所述圓柱形橡膠保護(hù)層變形擠壓所述應(yīng)變模塊I的應(yīng)變絲4，所述采集控制處理中心(電橋)通過所述礦用輕型軟電纜3與所述應(yīng)變模塊I相連，將所述應(yīng)變絲4的電阻變化量(即壓力值)轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)；所述信號(hào)放大器將采集控制處理中心輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行不失真的放大，形成調(diào)幅波；所述相敏檢波器將放大后的調(diào)幅波還原為被測應(yīng)變信號(hào)波形，同時(shí)反映被測應(yīng)變信號(hào)的方向，所述濾波器濾除相敏檢波器輸出信號(hào)中的高次諧波分量，以獲得理想的輸出波形信號(hào)，并傳輸給所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器。所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器將接收所述濾波器傳來的應(yīng)變信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳輸給所述井上實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，所述井上實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備和電腦，軟件包括數(shù)據(jù)處理分析軟件，一般為北京科技大學(xué)微地震研究中心研發(fā)的CRMS3.0監(jiān)測中心軟件，對所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后最終得出所述鉆孔的煤層內(nèi)部應(yīng)力實(shí)際值，并通過所述顯示器輸出；本安穩(wěn)壓電源為整個(gè)系統(tǒng)供電。
[0035]以上所述的實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括: 煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀； 井底數(shù)據(jù)處理分站，包括采集控制處理中心、信號(hào)放大器、相敏檢波器和濾波器，其中所述采集控制處理中心的輸入端與所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀相連，所述信號(hào)放大器的輸入端與所述采集控制處理中心的輸出端相連，所述信號(hào)放大器的輸出端與所述相敏檢波器的輸入端相連，所述相敏檢波器的輸出端與所述濾波器的輸入端相連； 信號(hào)轉(zhuǎn)換器，其輸入端與所述濾波器的輸出端相連； 井上實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備和工業(yè)電腦，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸入端通過礦用輕型軟電纜與所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器的輸出端相連，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出端與所述工業(yè)電腦相連； 本安穩(wěn)壓電源，通過礦用移動(dòng)輕型軟電纜分別與所述井底數(shù)據(jù)處理分站和所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀為圓柱形，其直徑小于所述鉆孔直徑5-8mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力監(jiān)測儀包括圓柱形橡膠保護(hù)層以及固定于其內(nèi)部的多個(gè)應(yīng)變模塊，所述多個(gè)應(yīng)變模塊固定于所述圓柱形橡膠保護(hù)層徑向的中心位置，并沿其長度方向均勻排列，所述多個(gè)應(yīng)變模塊通過礦用輕型軟電纜與所述采集控制處理中心的輸入端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述應(yīng)變模塊包括感應(yīng)所述鉆孔應(yīng)力的應(yīng)變絲和兩極線，所述兩極線與所述礦用輕型軟電纜相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:相鄰兩個(gè)所述應(yīng)變模塊為之間的距離為lm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層內(nèi)部連續(xù)應(yīng)力的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述采集控制處理中心為電橋。
【文檔編號(hào)】G01L1/22GK203606049SQ201320823970
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】鮑鳴, 馮飛勝, 鮑炎, 劉柳平, 高健, 汪穎 申請人:安徽理工大學(xué)