[发明专利]一种锚杆轴向力实时监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明是一种锚杆监测装置及方法，属于巷道安全监控领域。

背景技术

随着当今大规模岩土工程、地下工程建设的深入发展，面临的地质条件越来越复杂，围岩经常表现出大变形的特点。当围岩变形量较大，超过锚杆所能够承受的范围时，将导致锚杆支护系统破坏甚至失效，进而造成地下工程失稳破坏事故。

因此，需要一种低成本、高可靠性、适合大规模安装锚杆轴向力实时监测装置，通过大规模安装监测装置，可以实现充分监测巷道安全，大大提高巷道安全性能。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种锚杆轴向力实时监测装置及方法，以解决现有巷道安全监控所存在的缺陷。

为解决上述问题，拟采用这样一种锚杆轴向力实时监测装置，煤/岩体的表面依次铺设有金属网和钢带，锚杆本体的一端穿过金属网和钢带并伸至煤/岩体中，托板通过螺母旋紧设置于锚杆本体的另一端上，并将金属网压紧于煤/岩体的表面，所述监测装置包括监测垫圈、电阻、放大器、单片机和显示器，监测垫圈套设于锚杆本体上，且监测垫圈设置于托板和螺母之间，监测垫圈与电阻并联形成电桥电路，并通过放大器与单片机相连，单片机还连接有显示器，监测垫圈为应变片，锚杆本体通过应变片采集锚杆的变形信号，通过电桥电路传至单片机，经单片机将信号转换后由显示器进行显示，能够连续观测锚杆轴向力，从而避免因锚杆轴向力监测不力而导致巷道灾害事故的发生。

前述监测装置中，还包括有报警器，报警器集成于显示器上，且报警器也与单片机相连；

前述监测装置中，电阻的阻值与监测垫圈的初始阻值相等。

利用前述装置进行锚杆轴向力实时监测的方法如下：

当煤/岩体未发生变形时，由于电桥电路中的电阻的阻值R₁与监测垫圈的初始阻值相等，电桥电路处于平衡状态，无输出电压；当煤/岩体变形时，监测垫圈拉伸使得电阻变大，或监测垫圈压缩使得电阻变小，这时电桥电路的平衡状态被打破，监测垫圈的阻值和电阻的阻值不一致，使得电桥电路中有电压通过，该电压传递至放大器进行电压放大，再将放大的电压传递到单片机中进行信号转换，把电压信号转变为压力信号，最后将压力信号传递到显示器，进行信号显示，从而，在显示器上实时读取锚杆所受的轴向压力，在单片机中预先设定压力临界值，当传递的压力信号超过临界值时通过报警器进行报警。

与现有技术相比，本发明通过监测垫圈采集锚杆的变形信号，通过电桥电路传至单片机，经单片机将信号转换后由显示器进行显示，从而能够连续监测锚杆的变形情况，并及时进行负载清理，减少煤、岩体瞬间释放变形能、导致意外事故的发生的风险，成本低廉，可靠性高，极为适合大规模监测，能够实现充分监测巷道安全，大大提高巷道安全性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明更为清晰明确，下面将结合附图对本发明做进一步说明。

实施例：

参照附图1和附图2，本实施例提供一种锚杆轴向力实时监测装置，煤/岩体1的表面依次铺设有金属网2和钢带3，锚杆本体4的一端穿过金属网2和钢带3并伸至煤/岩体1中，托板5通过螺母6旋紧设置于锚杆本体4的另一端上，并将金属网2压紧于煤/岩体1的表面，所述监测装置包括监测垫圈7、电阻8、放大器9、单片机10和显示器11，电阻8的阻值与监测垫圈7的初始阻值相等，监测垫圈7为应变片，监测垫圈7套设于锚杆本体4上，且监测垫圈7设置于托板5和螺母6之间，监测垫圈7与电阻8并联形成电桥电路，并通过放大器9与单片机10相连，单片机10还连接有显示器11，锚杆本体通过应变片采集锚杆的变形信号，通过电桥电路传至单片机，经单片机将信号转换后由显示器进行显示，能够连续观测锚杆轴向力，从而避免因锚杆轴向力监测不力而导致巷道灾害事故的发生，报警器集成于显示器11上，且报警器也与单片机10相连。

锚杆轴向力实时监测方法如下：当煤/岩体1未发生变形时，由于电桥电路中的电阻8的阻值R₁与监测垫圈7的初始阻值相等，电桥电路处于平衡状态，无输出电压；当煤/岩体1变形时，监测垫圈7拉伸使得电阻变大，或监测垫圈7压缩使得电阻变小，这时电桥电路的平衡状态被打破，监测垫圈7的阻值和电阻8的阻值不一致，使得电桥电路中有电压通过，该电压传递至放大器9进行电压放大，再将放大的电压传递到单片机10中进行信号转换，把电压信号转变为压力信号，最后将压力信号传递到显示器11，进行信号显示，从而，在显示器11上实时读取锚杆所受的轴向压力，在单片机10中预先设定压力临界值，当传递的压力信号超过临界值时通过报警器进行报警。