【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿山支护工程，具体是一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统及方法。
技术介绍
1、煤矿井在埋深大、地应力高、采动影响强烈等复杂条件下，剧烈矿压显现成为威胁煤矿安全高效生产的主要因素。由于矿压显现形成的原因复杂，监测设备难以从矿压产生根源进行预警，而现有的矿压监测设备属于局部的“点监测”方法，在信息接收器的安装布置、信息接收器的数据传输以及监测设备待机能耗等方面皆存在问题，无法直观、全场、实时对巷道矿压进行监测。因此，亟需一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统及方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的在于提供一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，包括巷道本体，所述巷道本体包括巷道井和巷道表壁，所述巷道表壁顶部设有若干组锚索，所述巷道表壁上设有若干组锚杆，所述巷道井内设有轨道，所述轨道上设有移动平台，所述移动平台在轨道上稳定运动，还包括：
4、全场监测涂层，涂覆在巷道表壁上，用于对巷道受压情况及状态进行显示；
5、高速灰度摄像机，安装设于移动平台上，用于对全场监测涂层进行拍摄分析，所述高速灰度摄像机设有三组，三组所述高速灰度摄像机分别用于对巷道表壁顶部、两侧上涂覆的全场监测涂层进行拍摄；
6、辅助光源，安装设于移动平台上，用于对高速灰度摄像机进行补光
7、涂层监测铆钉，部分贯穿全场监测涂层，并固定在巷道表壁内部，所述涂层监测铆钉固定安装在锚索、锚杆附近，用于记录附近巷道表壁的情况。
8、作为本专利技术进一步的方案：所述全场监测涂层包括：
9、黑色底漆，涂覆在巷道表壁上；
10、聚光层，涂覆在黑色底漆远离巷道表壁的一侧；
11、聚光凹槽，设于聚光层内，且与巷道表壁垂直设置，所述聚光凹槽设有若干组；
12、胶凝涂层，涂覆在聚光层远离黑色底漆的一侧，且填充聚光凹槽；
13、发光层，涂覆在胶凝涂层远离聚光层的一侧，用于发出荧光信号；
14、光脆性涂层，涂覆在发光层远离胶凝涂层的一侧。
15、作为本专利技术进一步的方案：所述聚光凹槽内设有光滑凹面镜、辩色涂层和吸光弧面，所述光滑凹面镜设于聚光凹槽两侧，且呈内凹弧面状，用于增强荧光信号吸收效果，所述吸光弧面设于聚光凹槽底部，且呈内凹弧面状，所述吸光弧面上涂覆有辩色涂层，用于改变该部位荧光信号颜色。
16、作为本专利技术进一步的方案：所述涂层监测铆钉包括：
17、矩形托盘，一端贯穿全场监测涂层，并固定在巷道表壁内部；
18、条形码喷层，粘贴在矩形托盘另一端，所述条形码喷层上设有二维码。
19、一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测方法，应用于所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，包括以下步骤：
20、s1、在已经完成锚索、锚杆支护的巷道表壁表面进行喷浆，将锚索托盘完全包裹，并使其表面平整度在2mm以内，用于保证全场监测涂层的效果；
21、s2、在表面平整后的巷道表壁两侧及顶部位置处涂刷黑色底漆，漆面厚度要求1mm以上，巷道表壁不能漏涂和空缺，铺满的黑色底漆用于达到突出荧光信号的作用；
22、s3、先将透明软pvc材料涂刷在黑色底漆上，以形成聚光层，为保证聚光凹槽的工作效果，聚光层的厚度不小于4mm；亚克力板上制备有与吸光弧面相对应的突出部分，在吸光弧面上刷上辩色涂层，再将亚克力板轻轻平铺压制以制作成聚光凹槽，将光滑凹面镜安装在聚光凹槽两侧；锚索、锚杆区域内的辩色涂层采用红色涂层，范围为以锚索、锚杆为中心30×30cm的矩形范围内布置，以便于巷道昏暗环境下人眼的观测；
23、s4、用透明水凝胶填充聚光凹槽，并且高于聚光层13上0.2～0.5mm，以形成胶凝涂层，用于作为发光层与聚光层之间的间隔层；
24、s5、在胶凝涂层上涂上厚度小于1mm的发光层；发光层作为监测涂层中的关键层需要严格控制荧光信号的强度，才能达到既能被巷道环境下人眼识别，又能便于机器快速采集监测涂层荧光信息；荧光信号强度在浓度足够小时与荧光物质的浓度成正比，而当荧光物质浓度增大时，会造成荧光信号强度下降；
25、s6、在发光层上涂刷光脆性涂层，为减少光脆性涂层受巷道表壁温度变化的影响，达到更好的裂纹观测效果，为使得光脆性涂层在500～700微应变时开裂，达到更好的裂纹扩展效果，光脆性涂层的厚度为0.3～0.55mm；
26、s7、高速灰度摄像机安装在移动平台上，三个高速灰度摄像机分别对准巷道表壁两侧及顶部，并配有辅助光源，移动平台朝轨道前进方向沿途监测巷道情况，图像及采集信息会记录在涂层监测铆钉上的条形码喷层上；由于光脆性涂层较薄，设断裂的光脆性涂层上沿锚索轴向正应力σ(x)沿光脆性涂层的断裂截面均匀分布，根据图像扫描裂纹结果可以得到断裂涂层碎块发生的轴向位移量为ω(x)，则有式中ec为脆性涂层弹性模量，涂层断裂截面上正应力σ(x)与切应力关系为式中dc为光脆性涂层实际厚度，则可以计算光脆性涂层中间所受最大正应力σmax，则有式中a为断裂涂层粘结在发光层上的长度，可以令σmax为光脆性涂层发生断裂时的临界应力值即为涂层的断裂强度σc；根据图像所定位的光脆性涂层裂纹位置，并通过计算获得涂层碎块发生断裂时的最大强度，可以分析该裂纹段巷道沿轴向的应力分布情况，并且随巷道里程及位置的变化情况得出不同区段巷道工作应力状态；
27、s8、高速灰度摄像机会将处理后的数据储存起来，并通过扫描巷道内涂层监测铆钉上的二维码进行记录，以达到对巷道矿压原位监测的目的。
28、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
29、1、本专利技术通过高速灰度摄像机对巷道表壁上的光脆性涂层进行扫描监测，能实现对巷道实时矿压显现状态监测，解决巷道工作情况难以实时全面分析的问题；
30、2、本专利技术通过监测涂层内部聚光凹槽的特殊性，提高锚索、锚杆区域与巷道其他区域的对比度，能在昏暗的井下环境内直接观测到荧光信号，并有利于高速灰度摄像机的识别成功率，解决以往监测方法中无法直接获取巷道矿压的信息，便于分析锚索、锚杆的失效机理。
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1.一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，包括巷道本体，所述巷道本体包括巷道井和巷道表壁，所述巷道表壁顶部设有若干组锚索，所述巷道表壁上设有若干组锚杆，所述巷道井内设有轨道，所述轨道上设有移动平台，所述移动平台在轨道上稳定运动，其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，所述全场监测涂层包括：
3.根据权利要求2所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，所述聚光凹槽内设有光滑凹面镜、辩色涂层和吸光弧面，所述光滑凹面镜设于聚光凹槽两侧，且呈内凹弧面状，用于增强荧光信号吸收效果，所述吸光弧面设于聚光凹槽底部，且呈内凹弧面状，所述吸光弧面上涂覆有辩色涂层，用于改变该部位荧光信号颜色。
4.根据权利要求1所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，所述涂层监测铆钉包括：
5.根据权利要求2所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，所述光脆性涂层由树脂、溶剂和增塑剂混合组成。
6.根据权利要求2所述的一种复杂条件巷道矿压
7.根据权利要求2所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，所述胶凝涂层由透明水凝胶材料组成，用于对聚光凹槽与发光层进行间隔，防止聚光凹槽破坏发光层，所述胶凝涂层还用于传递发光层发出的荧光信号到聚光凹槽处，以达到更好的聚光效果。
8.根据权利要求2所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，所述聚光凹槽采用亚克力板制备而成。
9.根据权利要求2所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，所述聚光层采用透明软PVC材料制备而成，用于吸收并增强发光层散发的荧光信号，以便在井下巷道昏暗的环境内达到更好的观测效果。
10.一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测方法，应用于如权利要求1～9中任一项所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，包括巷道本体，所述巷道本体包括巷道井和巷道表壁，所述巷道表壁顶部设有若干组锚索，所述巷道表壁上设有若干组锚杆，所述巷道井内设有轨道，所述轨道上设有移动平台，所述移动平台在轨道上稳定运动，其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，所述全场监测涂层包括：
3.根据权利要求2所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，所述聚光凹槽内设有光滑凹面镜、辩色涂层和吸光弧面，所述光滑凹面镜设于聚光凹槽两侧，且呈内凹弧面状，用于增强荧光信号吸收效果，所述吸光弧面设于聚光凹槽底部，且呈内凹弧面状，所述吸光弧面上涂覆有辩色涂层，用于改变该部位荧光信号颜色。
4.根据权利要求1所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，所述涂层监测铆钉包括：
5.根据权利要求2所述的一种复杂条件巷道矿压显现实时全场监测系统，其特征在于，所述光脆性涂层由树脂、溶剂和增塑剂混合组成。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘彦杰，郝明寅，申志鑫，黄衡，张慧健，罗光明，陆银龙，
申请(专利权)人：山西煤炭进出口集团蒲县万家庄煤业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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