一种可实现锚固效果的监测装置、安装方法及监测方法与流程

本发明涉及矿山安全监测，尤其涉及一种可实现锚固效果的监测装置、安装方法及监测方法。

背景技术：

1、锚杆支护作为当代煤矿应用最为广泛的支护方法，它不仅可以防止岩体的塌方、滑移，还能增强岩体的稳定性，是确保井下工作安全、平稳的保障。然而，长时间的支护必然会导致锚杆的锚固效果下降甚至失效，致使围岩破坏，危及人员生命安全。

2、当前煤矿所采用的检测锚杆锚固效果的方法普遍存在缺陷：

3、1、锚杆锚固效果监测中，位移测量的定位精度容易受到环境和设备本身的影响；例如，超声波监测受到地质条件的影响较大，如岩层的稠度、湿度等，可能影响检测的准确性；磁力监测对于非磁性材料的锚杆，磁力检测可能不适用且磁场的干扰因素较多，从而可能影响测量的准确性。

4、2、传统测量方法的测量精度低，不能直观准确的监测和反映出监测锚杆的锚固效果。

5、因此，亟需一种能够直观、准确和不受环境影响的监测锚杆锚固效果的设备来解决以上技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服背景技术中的问题，提供一种可实现锚固效果的监测装置、安装方法及监测方法，该监测装置可以监测已经锚固结束的锚杆的锚固效果，监测过程中不受外部环境影响，监测精度高，且可以直观准确反映出监测锚杆的锚固效果，确保巷道围岩处于稳定状态，减少煤矿事故的发生，保证矿山长期安全开采。

2、本发明的整体思想为：当定制锚杆锚固结束后，定制锚杆端部的垫板会将打锚杆时所形成的孔洞遮盖，以防止注入填充时填充材料渗入锚杆孔，造成浪费，同时影响监测结果准确性；此时拧开密封螺栓，通过填充孔往垫板与中空托盘形成的容置腔室内注入填充材料，拧紧密封螺栓，等待充填材料冷却至室温后，给光纤传感器和实时监测显示器通入电源；在后续使用过程中，当锚固效果失效，即锚杆松动时，锚杆会相对于托盘产生位移，此时充填材料会受力变形，腔体内所安装的光纤传感器会监测到异常，然后实时将信息呈现在托盘外壁的实时监测显示器上。

3、为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案具体为：一种可实现锚固效果的监测装置，包括定制锚杆和中空托盘，所述定制锚杆的一端外侧壁一体设置有垫板，另一后端的外侧壁设置有外螺纹以及与外螺纹配合的锁紧螺母；所述中空托盘一侧中心位置为内凹结构，且其中心位置还设置有安装孔，所述定制锚杆滑动穿过安装孔，通过锁紧螺母锁紧后，中空托盘的内凹结构与垫板形成一个密闭的容置腔室，所述容置腔室内充填有填充材料；所述中空托盘的内凹结构内壁设置有光纤传感器，所述中空托盘远离内凹结构一侧设置有实时监测显示器；所述中空托盘上设置多个填充孔。

4、进一步地，所述填充孔内设置有可拆卸的密封螺栓，通过填充孔向中空托盘的内凹结构与垫板形成的容置腔室内导入填充材料，密封螺栓用于封堵填充孔。

5、进一步地，所述中空托盘与锁紧螺母之间设置有球形垫圈。

6、进一步地，所述填充材料为热塑性聚酯弹性体，热塑性弹性体为一种新型材料，其优异的弹性和回复性适合作为充填介质，同时它还具有很好的耐磨性，可以延长了中空托盘的使用寿命。

7、进一步地，所述光纤传感器的输出端与实时监测显示器的信号输入端连接，光纤传感器探测到的受力形变信号会实时的在实时监测显示器上呈现出来。

8、进一步地，所述光纤传感器数量设置六个，且在中空托盘内壁均匀设置，并呈环状布置，本次放置六个传感器需要多点测量的场景，热塑性聚酯弹性体良好的力学性能配合布拉格光纤传感器敏锐的变形敏感性可以更好的监测锚杆的锚固效果。

9、进一步地，所述光纤传感器采用布拉格光纤传感器，布拉格光纤传感器对于介质变形的敏感性较高，能够实时监测微小形变，具有高灵敏度和较高的分辨率，同时它还可以实现对多个点同时进行监测，适用于本次放置六个传感器需要多点测量的场景。

10、进一步地，所述实时监测显示器设置两个，两个所述实时监测显示器分别位于中空托盘两侧，便于查看，且提高监测的准确性。

11、一种可实现锚固效果的监测装置的安装方法，包括如下步骤：

12、s1：待定制锚杆锚固结束后，旋紧锁紧螺母，中空托盘的内凹结构与垫板形成一个密闭的容置腔室；

13、s2：取出两侧填充孔的密封螺栓，然后往填充孔内倒入填充材料，使其充满整个中空托盘与垫板形成的容置腔室；

14、s3：填充结束后，拧紧锁紧螺栓并等待充填材料冷却至室温。

15、一种可实现锚固效果的监测装置的监测方法，包括如下步骤：

16、s1：若定制锚杆锚固失效，中空托盘主体会相对于定制锚杆产生位移，充填材料则会受到垫板的压力而产生形变，形变信息反馈到光纤传感器上；

17、s2：观察与光纤传感器相连的实时监测显示器，确认是否达到某个阙值，即可判断锚固效果是否失效。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、1、本发明中，将填充材料倒入在中空托盘的内凹结构与垫板形成的容置腔室内，该容置腔室通过密封螺栓进行密封，实现与外部环境隔绝，因此光纤传感器在对该填充材料进行监测过程中，不会受到外部环境的干扰，且有利于提高监测的准确性；

20、2、本发明中，填充材料采用热塑性弹性体为一种新型材料，其优异的弹性和回复性适合作为充填介质，同时它还具有很好的耐磨性，有利于延长中空托盘的使用寿命，同时其本身的热塑性填充时也比较方便，实施起来更为容易，布拉格光纤传感器对于介质变形的敏感性较高，能够实时监测微小形变，具有高灵敏度和较高的分辨率，同时它还可以对多个点同时进行监测，热塑性聚酯弹性体良好的力学性能配合布拉格光纤传感器敏锐的变形敏感性可以直观、准确的监测锚杆的锚固效果，大大提高监测精度。

21、3、本发明中，定制锚杆的长度、材质等根据现场需求来确定，与普通锚杆相比，定制锚杆末端带有一个垫板，垫板位置、尺寸根据所需锚杆来决定，垫板可以为与中空托盘形成充入填充材料的容置腔室，以及可以防止填充材料涌入锚杆钻孔，避免影响测量精度。

22、4、中空托盘中心轴线两侧各设带有螺纹的填充孔，与之配套的螺密封螺栓可以采用合金结构钢定制六角螺栓，其螺纹部分长度与填充孔螺纹尺寸一致，六角螺栓有着扭矩传递良好、固定性能稳定等优点，可以有效防止填充材料泄露。

技术特征：

1.一种可实现锚固效果的监测装置，其特征在于，包括定制锚杆(12)和中空托盘(13)，所述定制锚杆(12)的一端外侧壁一体设置有垫板(4)，另一端的外侧壁设置有与其外螺纹配合的锁紧螺母(10)；

2.根据权利要求1所述的一种可实现锚固效果的监测装置，其特征在于，所述填充孔(14)内设置有可拆卸的密封螺栓(5)。

3.根据权利要求1所述的一种可实现锚固效果的监测装置，其特征在于，所述中空托盘(13)与锁紧螺母(10)之间设置有球形垫圈(8)。

4.根据权利要求1所述的一种可实现锚固效果的监测装置，其特征在于，所述填充材料(11)为热塑性聚酯弹性体。

5.根据权利要求1所述的一种可实现锚固效果的监测装置，其特征在于，所述光纤传感器(9)的输出端与实时监测显示器(6)的信号输入端连接。

6.根据权利要求5所述的一种可实现锚固效果的监测装置，其特征在于，所述光纤传感器(9)数量设置六个，且在中空托盘(13)内壁均匀设置，并呈环状布置。

7.根据权利要求6所述的一种可实现锚固效果的监测装置，其特征在于，所述光纤传感器(9)采用布拉格光纤传感器(9)。

8.根据权利要求1所述的一种可实现锚固效果的监测装置，其特征在于，所述实时监测显示器(6)设置两个，两个所述实时监测显示器(6)分别位于中空托盘(13)两侧。

9.一种可实现锚固效果的监测装置的安装方法，其特征在于，该施工方法基于权利要求1-8任一所述的可实现锚固效果精准监测的监测装置，包括如下步骤：

10.一种可实现锚固效果的监测装置的监测方法，其特征在于，该方法基于权利要求9所述的一种可实现锚固效果的监测装置的安装方法，包括如下步骤：

技术总结本发明提供了一种可实现锚固效果的监测装置、安装方法及监测方法，属于矿山安全监测技术领域。解决了锚杆锚固效果监测中，定位精度容易受设备和环境本身影响以及测量精度低，不能直观准确的反映锚杆的锚固效果的技术问题。技术方案为：包括定制锚杆和中空托盘，定制锚杆的前端外侧壁一体设置有垫板，中空托盘一侧中心位置为内凹结构，定制锚杆滑动穿过安装孔，通过锁紧螺母锁紧后，中空托盘的内凹结构与垫板形成一个密闭的容置腔室；安装方法，形成容置腔室，导入填充材料，冷却至室温，监测方法；光纤传感器检测，实时监测显示器呈现，本发明的有益效果为：填充材料设置在容置腔室内，不受外界影响，且检测精度高。技术研发人员：彭龙现,姚强岭,祝令锦,王立,窦昊,郑闯凯受保护的技术使用者：上海大屯能源股份有限公司江苏分公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15