本发明专利技术属于采场上覆岩层运移监测技术领域，具体涉及一种新型采场上覆岩层运移与应力监测装置，包括数个采场上覆岩层运移与应力监测单元与串联各单元的柔性连接装置，所述的采场上覆岩层运移与应力监测单元包括监测保护壳内部的空间姿态传感器及设置于监测单元保护壳侧面的光纤光栅应力传感器。本发明专利技术提供一种可重复利用且能同时监测覆岩运移情况与应力的装置，从而降低覆岩运移与应力监测成本，提高监测效率。提高监测效率。提高监测效率。
【技术实现步骤摘要】
一种新型采场上覆岩层运移与应力监测装置
[0001][0002]
[0003]本专利技术属于采场上覆岩层运移监测
，具体涉及一种新型采场上覆岩层运移与应力监测装置。
技术介绍
[0004]在采矿活动过程中，矿层采动引起应力重分布进而导致上覆岩层发生移动，是冲击地压、突水透沙、巷道垮塌、地表沉陷等灾害发生的根本原因。实时监测采动影响下上覆岩层运移的情况，总结采动影响下上覆岩层活动规律，对实现矿物资源的科学开采、绿色开采具有重要意义。
[0005]在工作面推进过程中，采场上覆岩土体中应力分布情况复杂，对应力进行监测有助于预警地下动力灾害，减少冲击地压等灾害造成的经济损失与人员伤亡。目前常用的应力监测传感器包括钢筋应力计、光纤应力计等。其中，光纤应力传感器具有一般光纤型传感器的体积小、质量轻、精度高、免电磁干扰和抗腐蚀性等优点，在应力监测领域得到越来越广泛的应用。
[0006]目前地下应力测量一般使用锚固剂等材料将应力传感器固定在岩层中，传感器无法重复使用，增高了成本。同时混凝土锚固会使得钻孔难以同时布置覆岩运移监测装置。因此目前的覆岩运移监测与应力监测一般采用分别钻孔布置方式，成本高、效率低，且难以监测同一位置的覆岩运移情况与应力数据。
技术实现思路
[0007]针对上述的不足，本专利技术提供了一种新型采场上覆岩层运移与应力监测装置。
[0008]本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种新型采场上覆岩层运移与应力监测装置，其特征在于包括数个采场上覆岩层运移与应力监测单元与串联各单元的柔性连接装置，所述采场上覆岩层运移与应力监测单元包括单元内部的空间姿态传感器及设置于监测单元侧面的光纤光栅应力传感器，其特征在于：所述光纤光栅应力传感器装设于监测单元侧面的可伸缩固定装置上。
[0009]所述的采场上覆岩层运移与应力监测单元，其特征在于包括圆柱形外壳、包裹在外壳中的空间姿态传感器、圆柱形外壳侧面装设的可伸缩固定装置。
[0010]所述的监测单元固定装置由六个固定靴与固定靴驱动装置组成，所述固定靴两两一组安装在监测单元圆柱形外壳外侧，可由固定靴驱动装置控制，沿圆柱形外壳法向伸出或收回，上下两组固定靴安装方向一致，中部固定靴安装方向垂直与上下两组固定靴安装方向。
[0011]所述的固定靴，其特征在于在收纳状态时能完全收纳在监测单元圆柱形外壳中。
[0012]所述的固定靴，其特征在于表面刻有凹槽，凹槽中安装有用于监测应力的光纤光栅。
[0013]所述的监测应力的光纤光栅，其特征在于自上而下第一、第二组固定靴表面安装的光纤光栅沿竖直方向，第三组固定靴表面安装的光纤光栅沿水平方向。
[0014]所述的固定靴驱动装置由伺服电机、与伺服电机连接的蜗杆、与蜗杆配合的齿轮，齿轮上安装的连杆组成。连杆与固定靴相连接。
[0015]所述的柔性连接装置，其特征在于由柔性连接线和柔性连接线外部包裹的柔性保护网，所述柔性连接线由承力钢丝、供电线、数据传输线、光纤绞合而成。
[0016]所述的柔性连接线，其特征在于中部有螺旋结构，能够在受力时产生弹性形变。
[0017]所述的柔性保护网，其特征在于由复合材料编织成，受力时能够发生弹性形变。
[0018]所述的柔性保护网，其特征在于柔性保护网最大变形量小于被其包裹的柔性连接线的最大变形量。
[0019]所述的采场上覆岩层运移与应力监测单元，其特征在于，在监测期间，其固定靴伸出，支撑在钻孔内壁上避免测斜仪发生位移，同时固定靴表面的光纤光栅与钻孔内壁接触，实现对于应力的监测，在布设与回收采场上覆岩层运移与应力监测装置时，其固定靴收纳进外壳中。
[0020]所述的监测单元固定装置，由圆柱形外壳内的伺服电机、传动装置与测斜仪外壳上设置的固定靴组成。伺服电机由柔性连接线中的供电线供电。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术在一个监测系统中集成了覆岩运移监测功能与应力监测功能，从而使得能够在同一钻孔中对覆岩运动情况与应力进行监测。同时还使用可伸缩机械结构将监测单元固定在钻孔中，使得整个监测系统能够在监测结束后可回收。从而在保障对覆岩运移与应力进行持续准确监测的基础上，降低了监测成本，提升了监测效率；
[0023]本专利技术使用由柔性连接线与柔性保护网组成的柔性连接,能够保障装置在周围岩层发生运移后仍能正常工作；
[0024]本专利技术在监测装置保护壳外设置了三组表面装设有光栅光纤应力传感器的固定靴，能够实现同时监测采场上覆岩层中各方向的应力。
附图说明
[0025]附图1是本专利技术的整体示意图；
[0026]附图2是本专利技术的内部结构图；
[0027]附图3是本专利技术的监测单元示意图；
[0028]上图中：监测单元圆柱状外壳1、监测单元固定装置2、柔性连接线3、柔性保护网4、狭槽5、光纤光栅6、空间姿态传感器7、传动装置8、伺服电机9；
[0029]上部固定靴2
‑
1、中部固定靴2
‑
2、下部固定靴2
‑
3。
具体实施方式
[0030]下面结合附图1、附图2描述本专利技术实施例的采场上覆岩层运移与应力监测系统结构。
[0031]实施例的采场上覆岩层运移与应力监测系统结构由两部分组成，包括采场上覆岩层运移与应力监测单元和柔性连接装置。
[0032]采场上覆岩层运移与应力监测单元包括圆柱状外壳1、监测单元固定装置2。监测单元固定装置2主要由上部固定靴2
‑
1、中部固定靴2
‑
2、下部固定靴2
‑
3组成.
[0033]柔性连接装置包括柔性连接线3、柔性保护网4。监测单元固定装置2表面刻有狭槽5，狭槽5中装设有光纤光栅6。柔性连接线3由承力钢丝、供电线、数据传输线、光纤绞合成。在柔性连接线中部有螺旋结构，使得柔性连接线在受力时能够发生弹性形变。柔性保护网4由复合材料编制成，受力时能够产生弹性变形。柔性保护网4最大变形范围小于柔性连接线3，从而对柔性连接线3起到保护作用。
[0034]下面结合附图2对本专利技术实施例的监测单元的工作方式进行进一步描述。圆柱状外壳内部包含空间姿态传感器7，传动装置8，伺服电机9。在进行应力监测时，伺服电机9驱动传动装置8将监测单元固定装置2从圆柱状外壳1中推出。使得光纤光栅与钻孔内壁接触，当伺服电机扭矩达到指定值时，光纤光栅与钻孔内壁充分接触，从而实现对应力的监测。当监测结束后，伺服电机9驱动传动装置8将监测单元固定装置2收回圆柱状外壳1中，便于装置的回收。
[0035]下面结合附图3对本专利技术实施例的监测单元测量应力的方式进行进一步描述。
[0036]正应力σ
x
为固定靴2
‑
1在x方向上受到的应力；正应力σ
y
为固定靴2
‑
2在y方向上受到的应力。固定靴2
‑
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型采场上覆岩层运移与应力监测装置，其特征在于包括数个采场上覆岩层运移与应力监测单元与串联各单元的柔性连接装置，所述采场上覆岩层运移与应力监测单元包括单元内部的空间姿态传感器(7)及设置于监测单元侧面的光纤光栅应力传感器(6)，其特征在于：所述光纤光栅应力传感器(6)装设于监测单元侧面的可伸缩固定装置(2)上。2.根据权利要求1所述的采场上覆岩层运移与应力监测单元，其特征在于包括圆柱形外壳(1)、包裹在外壳中的空间姿态传感器(7)、圆柱形外壳侧面装设的可伸缩固定装置(2)。3.根据权利要求书2所述的监测单元固定装置(2)由六个固定靴与固定靴驱动装置组成，所述固定靴两两一组安装在监测单元圆柱形外壳外侧，可由固定靴驱动装置控制，沿圆柱形外壳法向伸出或收回，上部固定靴(2
‑
1)与下部组固定靴(2
‑
3)安装方向一致，中部固定靴(2
‑
2)安装方向垂直与上下两组固定靴安装方向。4.根据权利要求书2所述的可伸缩固定装置(2)，其特征在于在收纳状态时能完全收纳在监测单元圆柱形外壳(1)中。5.根据权利要求书2所述的可伸缩固定装置(2)，其特征在于表面刻有狭槽(5)，狭槽(5)中安装有用于监测应力的光纤光栅(6)。6.根据权利要求书5所述的监测...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵毅鑫，赵良辰，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：
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