煤矿U型钢支架受力监测预警装置的制作方法

本发明涉及煤矿u型钢支架受力监测预警装置。

背景技术：

随着煤矿巷道支护技术的不断发展，u型钢支架作为一种有效的巷道支护方式，由于本身独特的优越性(支护强度大、适应性广、缩动让变形能力强、安装方便、重复利用及安全可靠等)，受到越来越广泛的应用。由于煤矿巷道断面形状不规则等因素不可避免的造成u型钢支架与巷道壁面接触不良，导致u型钢支架受力不均匀，影响着u型钢支架支护效果。因此，研发u型钢支架受力监测预警装置对于改善巷道支护效果、预防巷道围岩失稳事故发生具有重要意义。

现阶段对于u型钢支架受力监测主要采用直接法和间接法两种。直接法是将压力传感器(各种压力盒、油压枕等)设置于围岩和支架之间，形成围岩-测试元件-支架传力系统，直接获取围岩和支架相互作用力的信息。间接法是将应变传感器附在支架上，使应变传感器与支架一起变形，从而量测支架某些部位的应变，并计算处支架的内力，在推算支架的荷载，此种监测方法所得监测结果准确性差、应变传感器有效粘贴困难。采用直接法监测装置中，矿用支架压力盒多为圆枕直柄型，现场安装时需配合支架铺设工序进行，操作困难，刘泉声等研制了煤矿u型钢支架捆绑式压力盒zl201020502056.4，使得压力盒有效固定在支架上及避免了喷浆后不能正常使用的问题，但是未考虑不平整巷道壁面带来的影响。现场监测仪器及监测方法存在如下不足：

(1)由于巷道断面凹凸不平，不同位置处支架与巷道壁面间隙大小不同，易造成支架受力监测结果不准确；

(2)现有监测装置与巷道壁面有效接触及固定困难，容易导致监测装置与壁面接触位置随支架受力变化而发生改变；

(3)现有监测装置未能支架工作受力状态有效评价并及时有效失稳预警。

技术实现要素：

本发明旨在解决上述问题，提供了煤矿u型钢支架受力监测预警装置，通过采用磁铁与u型钢支架相固定，避免了安装过程中位置发生变化，有效保证了监测布置位置一致性，利用压脚片对u型钢支架进行限位，防止u型钢支架受力过程中监测装置与u型钢支架发生相对滑动，特别是解决了u型钢支架弧形段受力不均匀当受力突然增大时，造成监测数值不准确的难题；通过三角布置的三角爪固定于巷道壁面上，解决了巷道壁面不平带来的不便，有利于监测装置的固定；通过将压力传感器嵌置于底座并与活塞杆相固接并相抵触，并外接处理器及时反映监测位置处u型钢支架受力情况，通过与设定的预警值作对比，及时发送报警信号，为加强支护提供了依据，有效防止巷道事故的发生；其采用的技术方案如下：

煤矿u型钢支架受力监测预警装置，包括连接装置和监测装置，所述连接装置包括底座、z型压脚片和磁铁，u型钢支架的支架脚通过z型压脚片安装于底座上，且与设置于底座中的磁铁相吸合；所述z型压脚片与底座通过螺栓连接；所述监测装置包括压力传感器、处理器和声光报警器，所述压力传感器一侧嵌置于底座中，且与处理器电连接；所述处理器接收且显示压力传感器传递的数据并将测得的数据与设定的压力预警阈值相比较，所述声光报警器与处理器相连，测得的数据大于设定的压力预警阈值时，声光报警器发出报警信号；用户通过处理器对压力预警阈值进行手动设定。

在上述技术方案的基础上，还包括固定装置，其包括泵体、液压缸和三角爪，所述泵体与液压缸相连，所述液压缸的活塞杆与压力传感器相抵触，液压缸的缸体与三角爪相固接；所述活塞杆与压力传感器通过螺栓连接，防止二者发生错动。

在上述技术方案的基础上，所述连接装置还包括弹片，其设置于底座与z型压脚片连接处，且位于底座和z型压脚片之间。

在上述技术方案的基础上，所述泵体采用手动方式。

在上述技术方案的基础上，所述三角爪的数量至少为三个，且均布于液压缸缸体的底部并与巷道壁面相抵触。

在上述技术方案的基础上，所述泵体与液压缸的连接管路上设有单向阀。

本发明具有如下优点：通过采用磁铁与u型钢支架相固定，避免了安装过程中位置发生变化，有效保证了监测布置位置一致性，利用压脚片对u型钢支架进行限位，防止u型钢支架受力过程中监测装置与u型钢支架发生相对滑动，特别是解决了u型钢支架弧形段受力不均匀当受力突然增大时，造成监测数值不准确的难题；通过三角布置的三角爪固定于巷道壁面上，解决了巷道壁面不平带来的不便，有利于监测装置的固定；通过将压力传感器嵌置于底座并与活塞杆相固接并相抵触，并外接处理器及时反映监测位置处u型钢支架受力情况，通过与设定的预警值作对比，及时发送报警信号，为加强支护提供了依据，有效防止巷道事故的发生。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：本发明实施例中本装置的位置示意图；图中，煤矿u型钢支架受力监测预警装置100，背板200，u型钢支架1。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本实施例的煤矿u型钢支架受力监测预警装置，包括连接装置和监测装置，所述连接装置包括底座6、z型压脚片2和磁铁5，u型钢支架1的支架脚通过z型压脚片2安装于底座6上，且与设置于底座6中的磁铁5相吸合；所述z型压脚片2与底座6通过螺栓连接；所述监测装置包括压力传感器11、处理器7和声光报警器4，所述压力传感器11一侧嵌置于底座6中，且与处理器7电连接；所述处理器7接收且显示压力传感器11传递的数据并将测得的数据与设定的压力预警阈值相比较，所述声光报警器4与处理器7相连，测得的数据大于设定的压力预警阈值时，声光报警器4发出报警信号；用户通过处理器对压力预警阈值进行手动设定。

图1中u型钢支架1为u型钢支架的横截面。

优选的，为了解决巷道壁面不平整，监测装置安装不稳定的难题，包括固定装置，其包括泵体10、液压缸8和三角爪9，所述泵体10与液压缸8相连，所述液压缸8的活塞杆8-1与压力传感器11相抵触，液压缸8的缸体与三角爪9相固接；所述活塞杆与压力传感器通过螺栓连接，防止二者发生错动。

优选的，为了调节底座与z型压脚片的安装，所述连接装置还包括弹片3，其设置于底座6与z型压脚片2连接处，且位于底座6和z型压脚片2之间。

进一步，所述泵体10采用手动方式；有助于节约能源。所述泵体与液压缸连接管路上设置有单向阀12；防止液压缸内的油液回流至泵体，导致活塞杆回落，三角爪与巷道壁面相脱离。

更进一步，所述三角爪9的数量至少为三个，且均布于液压缸8缸体的底部并与巷道壁面相抵触。

下面举例具体说明：某矿采煤工作面轨道平巷埋深500m，巷道断面尺寸为5.4×3.5m，采用29u型14.0m²可缩性金属拱形支架和背板支护，支护间距为800mm。根据u型钢支架形状尺寸选择与之相匹配的受力监测预警装置。为实现对整个u型钢支架工作状态评价，在同一u型钢支架支护范围内设计安设5个监测装置，分别布置在u型钢支架底角、拱肩及拱顶，如图2所示。以拱顶监测装置安设及使用为例，使用方法详细说明如下：

(1)将固定装置、监测装置和连接装置组成整体，并安设在拱顶指定位置处，同时，连接装置与u型钢支架紧密连接，防止错动；

(2)通过对泵体手动加压，使监测装置与围岩壁面紧密结合且牢固固定在指定位置，继续加压，使压力表达到一定的数值(初设为60kn)，停止加压，压力要求保证仪器处于正常工作状态；

(3)结合巷道工程地质条件及u型钢支架承载能力，设置拱顶压力监测预警阈值为300kn，当拱顶压力超过该值时，声光报警器发出声光预警信号。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。