基于ZigBee技术的锚杆应力监测仪及其使用方法与流程

本发明涉及一种锚杆应力监测装置，属于矿井安全监测领域。

背景技术：

深部能源与矿产资源的安全、有效开发是关系到国民经济持续发展和国家能源战略安全的重大问题。随着开采深度的不断增加，各种灾害日益增多，如矿井冲击地压和软岩大变形的灾害对安全高效开采造成巨大威胁，而锚杆支护是深部开采所必须的，故研究锚杆在岩体中的受力情况，能更好的为深部安全高效开采得到技术性支撑。

目前，对锚杆应力应变采集的仪器有振弦式锚杆应力监测仪，振弦式锚杆应力监测仪安装过程比较复杂，需先打设好空孔，插入振弦式锚杆应力监测仪并使用注浆机对其注浆，使其与周围岩体耦合，并通过连线使振弦式锚杆与监测仪连接，达到监测作用，该过程需要花费大量时间、金钱和人力，且由于井下无轨设备运输及地理条件复杂，井下的连线往往会被损坏，因此，研发一种通过无线传输的简易应力监测仪是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种基于ZigBee技术的锚杆应力监测仪及其使用方法，以解决现有锚杆应力应变采集方式需要耗费大量人力、物力和财力，且连线容易被损坏，导致监测失效的问题。

为解决上述问题，拟采用这样一种基于ZigBee技术的锚杆应力监测仪，包括振弦式锚杆采集仪、ZigBee无线发射模块和监测仪，ZigBee无线发射模块固定于振弦式锚杆采集仪上，且ZigBee无线发射模块与振弦式锚杆采集仪上的振弦式传感器相连，用于将振弦式传感器采集的应力数据无线传输至监测仪，ZigBee为极低功耗设计，可以全电池供电，理论上一节电池能使用2年以上，ZigBee在室内通常能达到30-50米的作用距离，在室外空旷地带甚至可以达到400米。

前述锚杆应力监测仪中，振弦式锚杆采集仪包括保护罩、连接套管和可伸张支撑固定结构；

保护罩包括契合锥，契合锥固定于连接套管的一端，伸张支撑结构包括托盘、松紧螺帽、伸张装置、伸张装置控制器和支撑管，托盘套设于连接套管的另一端，松紧螺帽螺纹连接于托盘外侧的连接套管上，所述伸张装置控制器也固定于连接套管上，且伸张装置控制器与伸张装置相连，连接套管包括内管和套设于内管外侧的外管，所述振弦式传感器沿内管的长度方向分布设置于内管的内壁上，伸张装置也设置于内管内，伸张装置相对两侧的伸缩端上均固定有支撑管，且支撑管的一端伸至连接套管的外侧，伸张装置控制器通过控制伸张装置的旋转以调节支撑管的伸张，以通过支撑管使伸张装置贴紧岩体，所述ZigBee无线发射模块设置于松紧螺帽外侧的连接套管上；

前述锚杆应力监测仪中，契合锥带有外螺纹，契合锥的底部开设有内螺纹槽，契合锥通过内螺纹槽与连接套管的端部螺纹连接；

上述基于ZigBee技术的锚杆应力监测仪的使用方法如下：

a.根据监测方案设计传感器安装方位和倾角，在井下岩体上施工安装钻孔；

b.将接有契合锥的连接套管的一端插入施工好的安装钻孔中，通过契合锥使振弦式锚杆采集仪与钻孔底部岩体耦合；

c.将托盘扣于安装钻孔的外侧，并扭紧松紧螺帽，使托盘扣紧于岩体上；

d.旋转伸张装置控制器，控制伸张装置的旋转以调节支撑管的伸张，通过支撑管使伸张装置与周围岩体紧密接触；

e.通过ZigBee无线发射模块2将振弦式传感器采集的应力数据无线传输给监测仪，进行锚杆应力自动监测。

本发明的直接效果在于能够快速、便捷的将传感器安装在岩体钻孔中，并与岩体耦合良好，有效监测岩体中锚杆的受力情况，能更好的分析锚杆在岩体支护中所起到的作用，同时具有安全、快捷、可靠、经济的特点，能有效减少传感器装载的时间，解决大量人力、物力，大幅降低监测成本，提高巷道支护中锚杆受力的数据支撑。

附图说明

图1是焦家金矿-630中段斜坡道基于ZigBee技术锚杆应力自动监测仪布置示意图；

图2是振弦式锚杆采集仪的结构示意图；

图3是基于ZigBee技术锚杆应力自动监测仪器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和山东黄金集团焦家金矿斜坡道中具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例：

参照图1、图2和图3，本实施例提供的基于ZigBee技术的锚杆应力监测仪，包括振弦式锚杆采集仪1、ZigBee无线发射模块2和监测仪3，ZigBee无线发射模块2固定于振弦式锚杆采集仪1上，且ZigBee无线发射模块2与振弦式锚杆采集仪1上的振弦式传感器11相连，用于将振弦式传感器11采集的应力数据无线传输至监测仪3，ZigBee为极低功耗设计，可以全电池供电，理论上一节电池能使用2年以上，ZigBee在室内通常能达到30-50米的作用距离，在室外空旷地带甚至可以达到400米。

振弦式锚杆采集仪1包括保护罩、连接套管和可伸张支撑固定结构，保护罩包括契合锥12，契合锥12带有外螺纹，契合锥12的底部开设有内螺纹槽121，契合锥12通过内螺纹槽121与连接套管的端部螺纹连接，伸张支撑结构包括托盘15、松紧螺帽16、伸张装置17、伸张装置控制器18和支撑管19，托盘15套设于连接套管的另一端，松紧螺帽16螺纹连接于托盘15外侧的连接套管上，所述伸张装置控制器18也固定于连接套管上，且伸张装置控制器18与伸张装置17相连，连接套管包括内管13和套设于内管13外侧的外管14，所述振弦式传感器11沿内管13的长度方向分布设置于内管13的内壁上，伸张装置17也设置于内管13内，伸张装置17相对两侧的伸缩端上均固定有支撑管19，且支撑管19的一端伸至连接套管的外侧，伸张装置控制器18通过控制伸张装置17的旋转以调节支撑管19的伸张，以通过支撑管19使伸张装置17贴紧岩体，所述ZigBee无线发射模块2设置于松紧螺帽16外侧的连接套管上；

在焦家-630中段斜坡道，在U型钢支护的破碎岩体中，根据监测方案设计传感器安装方位和倾角，于断面顶部打设3个直径50mm左右的钻孔；而后，将接有契合锥12的连接套管的一端插入施工好的安装钻孔中，通过契合锥12使振弦式锚杆采集仪1与钻孔底部岩体耦合良好；将托盘15扣于安装钻孔的外侧，并扭紧松紧螺帽16，使托盘15扣紧于岩体上；旋转伸张装置控制器18，控制伸张装置17的旋转以调节支撑管19的伸张，通过支撑管19使伸张装置17与周围岩体紧密接触，同时使锚杆仪与钻孔底部岩体加紧耦合，完成最终锚固；再通过ZigBee无线发射模块2将振弦式传感器11采集的应力数据无线传输给监测仪3，进行锚杆应力自动监测。