一种基于钻进信号的巷道顶板稳定性智能分析预警装置的制作方法

1.本实用新型涉及巷道顶板监测技术领域，特别是涉及一种基于钻进信号的巷道顶板稳定性智能分析预警装置。


背景技术：

2.煤矿巷道顶板在采动影响下易出现冒顶、离层等不稳定变形，控制巷道顶板稳定在煤矿开采中十分重要，不同地质条件下巷道顶板岩层具有不同的稳定状态，理清顶板岩层稳定状态，针对不同稳定状态岩层实施相应强度的支护类型具有重要意义。目前已可实现借助锚杆钻机钻进反馈信号来监测岩层稳定性信息，但现有的锚杆钻机钻进信号提取后仍需在后期对信号数据做大量后处理，不能在作业工程中实时获取钻进岩层稳定性信息，对理清离层发育情况和位置、围岩破坏区深度效率低、精度差。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种基于钻进信号的巷道顶板稳定性智能分析预警装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够快速精确掌握上覆岩层稳定状态信息，对控制顶板围岩整体稳定提供支持。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
5.本实用新型提供一种基于钻进信号的巷道顶板稳定性智能分析预警装置，包括气动锚杆钻机、振动加速度传感器、压力传感器、位移传感器和分析预警组件，所述振动加速度传感器安装于所述气动锚杆钻机中的马达体上，用于采集钻进过程中的钻杆的振动信号，所述压力传感器安装于所述气动锚杆钻机的气腿底部，用于采集钻进过程中的钻进压力信号，所述位移传感器安装于所述气动锚杆钻机中的气腿上，用于采集钻进过程中的钻进位移信号；所述分析预警组件包括外壳，所述外壳内设有依次电连接的信号数据接收模块、信号数据智能预处理模块、信号数据自动分析模块和数控显示模块，所述振动加速度传感器、所述压力传感器和所述位移传感器均与所述信号数据接收模块电连接，所述外壳内还设有记忆存储模块，所述记忆存储模块分别与所述信号数据接收模块、所述信号数据智能预处理模块和所述信号数据自动分析模块电连接，所述壳体上安装有显示单元、预警单元和调度单元，所述显示单元、所述预警单元和所述调度单元均与所述数控显示模块电连接。
6.优选地，所述分析预警组件安装于所述气动锚杆钻机中的操纵臂尾部的操纵手柄上。
7.优选地，所述压力传感器底部固定连接有传感器固定板，所述传感器固定板底部固定连接有底座。
8.优选地，所述位移传感器为拉线位移传感器，所述拉线位移传感器的移动端连接在所述气腿的外壁上，所述拉线位移传感器的固定端固定连接在所述传感器固定板上表面。
9.优选地，所述分析预警组件还包括电源模块，所述电源模块设置于所述外壳内作为所述分析预警组件的供电电源。
10.优选地，所述显示单元为显示屏，所述调度单元为调度按钮，所述预警单元包括预警指示灯和报警器。
11.优选地，所述分析预警组件外包裹有橡胶薄膜。
12.优选地，所述振动加速度传感器固定连接在钎尾上，所述钎尾位于所述马达体与所述钻杆相连的部位。
13.优选地，所述振动加速度传感器、所述压力传感器和所述位移传感器的数据传输线汇集到所述操纵臂后，通过线管沿着所述操纵臂连接到所述分析预警组件。
14.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
15.本实用新型提供一种基于钻进信号的巷道顶板稳定性智能分析预警装置，通过振动加速度传感器、压力传感器和位移传感器实时采集钻进过程中的数据信号，并通过分析预警组件对采集数据进行同步处理，转化为岩层稳定状态信息并输出显示，使操作人员能够快速精确掌握上覆岩层稳定状态信息，若岩层结构不稳定，预警单元能够及时进行预警提醒操作人员，操作人员根据孔位岩层稳定信息，在施工过程中可以及时的调整支护参数及类型，有效控制巷道顶板稳定，对控制顶板围岩整体稳定提供支持。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型提供的基于钻进信号的巷道顶板稳定性智能分析预警装置的结构连接示意图；
18.图2为本实用新型中分析预警组件与操纵臂的连接结构示意图；
19.图3为本实用新型中压力传感器和位移传感器与气腿的连接结构示意图；
20.图4为本实用新型中振动加速度传感器与马达体的连接结构示意图；
21.图5为本实用新型提供的基于钻进信号的巷道顶板稳定性智能分析预警装置的结构框架图；
22.图6为本实用新型中各传感器与分析预警组件及分析预警组件中各部件的连接关系图；
23.图中：100-基于钻进信号的巷道顶板稳定性智能分析预警装置、1-气动锚杆钻机、101-马达体、102-钻杆、103-气腿、104-操纵臂、105-操纵手柄、106-钎尾、107-水套、108-连接套、2-振动加速度传感器、3-压力传感器、4-位移传感器、401-拉线位移传感器的移动端、402-拉线位移传感器的固定端、5-分析预警组件、6-传感器固定板、7-底座、8-顶板岩层、9-底板岩层。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.本实用新型的目的是提供一种基于钻进信号的巷道顶板稳定性智能分析预警装置，以解决现有技术存在的问题，能够快速精确掌握上覆岩层稳定状态信息，对控制顶板围岩整体稳定提供支持。
26.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
27.如图1-图6所示，本实施例提供一种基于钻进信号的巷道顶板稳定性智能分析预警装置100，包括气动锚杆钻机1、振动加速度传感器2、压力传感器3、位移传感器4和分析预警组件5，振动加速度传感器2安装于气动锚杆钻机1中的马达体101上，用于采集钻进过程中的钻杆102的振动信号，压力传感器3安装于气动锚杆钻机1的气腿103底部，用于采集钻进过程中的钻进压力信号，位移传感器4安装于气动锚杆钻机1中的气腿103上，用于采集钻进过程中的钻进位移信号；分析预警组件5包括外壳，外壳内设有依次电连接的信号数据接收模块、信号数据智能预处理模块、信号数据自动分析模块和数控显示模块，振动加速度传感器2、压力传感器3和位移传感器4均与信号数据接收模块电连接，外壳内还设有记忆存储模块，记忆存储模块分别与信号数据接收模块、信号数据智能预处理模块和信号数据自动分析模块电连接，壳体上安装有显示单元、预警单元和调度单元，显示单元、预警单元和调度单元均与数控显示模块电连接。
28.使用时，将气腿103底部支撑于底板岩层9上，钻杆102向上钻进顶板岩层8，气动锚杆钻机1钻进过程中，通过振动加速度传感器2、压力传感器3和位移传感器4进行信号信息实时捕捉、采集，分析预警组件5中的信号数据智能预处理模块首先通过信号数据接收模块接收传感器采集的信号，对信号数据的噪音等干扰因素进行过滤，筛选后的有效信号则自动分类、求解，并转化为可量化分析的具体特征值，这一步所得到信息会自动通过传输模块传递到记忆存储模块进行储存。预处理完成后，分析预警组件5中的信号数据自动分析模块会直接调用所得到的特征值，同时调用记忆存储模块数据库中所达到稳定条件的理论参数进行分析对比，以分析钻进岩层是否稳定，并将信息传输到数控显示模块，显示单元会显示顶板稳定性曲线分布趋势，若岩层结构不稳定则预警单元进行预警工作，此时操作人员可通过调度单元在显示单元上选择性查看顶板的离层发育状态和位置、破坏区深度和钻孔信息，以针对不同的岩层条件调整支护参数及类型，以达到控制围岩稳定的目的。本装置通过多种传感器实时采集钻进过程中的信号数据，并通过分析预警组件对采集数据进行同步处理，转化为岩层稳定状态信息并输出显示，使操作人员能够快速精确掌握上覆岩层稳定状态信息，操作人员根据孔位岩层稳定信息，在施工过程中可以及时的调整支护参数及类型，有效控制巷道顶板围岩保持稳定状态，对控制顶板围岩整体稳定提供支持。
29.其中，气动锚杆钻机1为现有的常规锚杆钻机，包括马达体101、钻杆102、气腿103、操纵臂104、钎尾106、水套107和连接套108，连接套108用于连接马达体101、气腿103和操纵臂104，连接套108与马达体101通过螺纹固定连接，连接套108与操纵臂104可活动连接，连接套108与气腿103固定连接，连接套108具有一定降低机械噪音功能，钻杆102用于碎裂岩石，钎尾106用于连接马达体101并定位钻杆102，水套107连接在钎尾106外，水套107用于避
免马达体101进水，确保通水顺畅，马达体101用于带动钻杆102转动，操纵臂104用于调节钻进角度，控制进风阀门和进水阀门，调节进气量与水流大小，调节主轴转速和气腿103伸出速度，操纵臂104尾部设有操纵手柄105，气腿103用于钻进时提供推力。
30.本实施例中，分析预警组件5安装于气动锚杆钻机1中的操纵臂104尾部的操纵手柄105上，便于工人施工操作气动锚杆钻机1的同时操作分析预警组件5。
31.本实施例中，压力传感器3底部固定连接有传感器固定板6，传感器固定板6底部固定连接有底座7，保证底部支撑的稳定性，提高压力检测的准确度。
32.本实施例中，位移传感器4为拉线位移传感器，拉线位移传感器的移动端401连接在气腿103的外壁上，拉线位移传感器的固定端402固定连接在传感器固定板6上表面并紧靠压力传感器3，以减少测量误差，拉线位移传感器的移动端401和拉线位移传感器的固定端402之间用钢丝绳连接。
33.本实施例中，分析预警组件5还包括电源模块，电源模块设置于外壳内作为分析预警组件5的供电电源，电源模块为分析预警组件5中的各用电器件提供电能。其中，外壳作防水处理，外壳上留有散热孔，非全密闭，便于进行散热。
34.本实施例中，显示单元为显示屏，调度单元为调度按钮，预警单元包括预警指示灯和报警器，通过显示屏显示分析结果信息，通过调度按钮方便对显示信息进行选择性调度，预警时，预警指示灯亮起，报警器发出声响，以便显著的提醒操作人员。
35.本实施例中，分析预警组件5外包裹有橡胶薄膜，以实现防水、防尘效果。
36.本实施例中，振动加速度传感器2固定连接在钎尾106上，钎尾106位于马达体101与钻杆102相连的部位，能够在不影响正常钻进作业的同时准确地采集到钻杆102的真实振动信息。
37.本实施例中，振动加速度传感器2、压力传感器3和位移传感器4的数据传输线汇集到操纵臂104后，通过线管沿着操纵臂104连接到分析预警组件5。
38.本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。