[0001] 本发明涉及应力监测技术领域，尤其是一种无线应力监测声光预警仪及监测预警方法。

[0002] 煤矿进行采掘活动时，煤(岩)体原岩应力场受到扰动，破坏了原来的应力平衡状态，煤(岩)体内部应力发生改变以重新达到平衡状态，但当应力超过煤(岩)体所能承受的最大强度时，就会发生矿山压力显现，甚至造成冲击地压、顶板垮落等大规模的矿山动力现象。因此在巷道掘进和工作面回采过程中，对煤(岩)体应力变化的监测尤为重要。

[0003] 现有技术中，监测煤(岩)体应力的仪器主要以油压枕式钻孔应力计和振弦式钻孔应力计为主，油压枕式钻孔应力计的监测原理是在钻孔变形后，孔壁挤压钻孔应力计的承压板，承压板变形产生的压力转化为油馕内部的液体压力，然后通过压力表读出压力值。振弦式钻孔应力计工作原理是通过岩体应力变化引起钻孔变形，此变形传递至测量元件，引起元件中钢弦张力发生变化，钢弦的共振频率和振动产生的电流随之发生变化，因此，测量仪表通过测量电流，并由电流、振弦振动频率、振弦张力、钻孔变形和岩体应力变化之间的关系即可获得围岩压力的变化。煤矿现用钻孔应力计大多为一孔单点布置，即一个钻孔只布置一个测点，振弦式钻孔应力计因为其钢弦结构的原因不利于进行一孔多点布置，一孔单点布置时，工程量大，现有一孔多点布置的钻孔应力计采用安装导轨整体安装，先在安装导轨上安装好钻孔应力计，再放入孔中，但抽出安装导轨时，由于导轨和应力计间存在摩擦，会对钻孔应力计的位置和测力方向造成扰动。井下仪器实时监测结合井上计算机分析处理数据，实现矿井应力在线监测预警系统，当应力超过预警值，井上计算机预警后，采取卸压措施，但井下监测区域不能及时收到声光预警信号。因此，需要在井下监测区域能及时收到声光预警、可一孔多点布置且安装更为便捷的应力监测预警仪。

[0039] 结合图1至图11所示，对本发明提供的一种无线应力监测声光预警仪及监测预警方法的具体实施方式进行说明。

[0040] 实施例1

[0041] 一种无线应力监测声光预警仪主要用于实现井下监测区域及时预警，包括监测装置1、预警装置2、推送机构3、采集器4和油压装置5，可以进行单孔多点位测量，并且安装方式更便捷；监测装置能够方便的监测竖直方向的应力，预警装置根据监测值实时预警，推送机构安装监测装置，采集器直接采集监测信息，油压装置与监测装置配合实现监测。其中，监测装置布置有多个，多个监测装置都布置在钻孔中，分别将液压应力变化转换为电信号，对不同的测点应力进行监测。监测装置和预警装置之间通过无线信号传输，推送机构连接十字端头在钻孔中推送监测装置，采集装置存储监测数据并输入预警阈值，利用采集装置可以调整监测。油压装置接通监测装置的三通阀，并进行注油加压，注油加压后开始监测。

[0042] 监测装置1沿长度方向可以分为3部分，前端、中部和后端，前端呈圆锥形结构深入钻孔底部，中部用于监测压力，后端与油压装置相连接；中部与前部、后部相接的地方包裹塑性材料固定件用于固定。监测装置1具体包括信号发射器11、数显屏12、监测单片机13、压力传感器14、油馕15、承压板16和三通阀17，三通阀17接通油馕15，监测单片机13连接数显屏和信号发射器11，油馕15和承压板16固定连接，压力传感器14与油馕15相连接，信号发射器11传输无线信号给预警装置。监测装置1还包括监测电源18、单向阀19、皮套110和固定件111，监测电源18为监测装置供电，单向阀19设置在三通阀和油馕15之间，防止液压油回流，监测装置1上设置有多个固定件，监测装置1表面包裹有皮套110。监测装置1的油馕中部呈的椭圆形，油馕15的上下侧面焊接有承压板16，压力传感器14设置在监测装置1的前端；监测电源18设置有控制开关。

[0043] 监测装置1的前部的单片机经过编程，可具有接收压力传感器传来的信号、将压力值信号传递至信号发射器以及使用采集器通过数显屏对监测装置进行编码的功能，信号发射器11用于向预警装置2传递信号。监测装置1使用刚度较大的材料，中部的油馕15焊接为椭圆形，油馕15上下焊接承压板16，油馕被挤压变形产生的压力变化转化为油液压力变化传递给压力传感器14，压力传感器14将油液压力信号转换为电信号传递给单片机。

[0044] 推送机构3包括多个推送杆，根据钻孔的深度可以设置每节推送杆的长度，推送杆的长度还可以分别设置不同的长度方便组合，首节推送杆的前端设置有连接槽。首节推送杆31的前端设置有连接槽35为螺旋状连接槽，与监测装置1后端的十字端头112配合，转动后卡和固定，推送杆32之间的连接部设置有卡扣。首节推送杆31的头部设置螺旋状连接槽，旋转后可卡住监测装置尾部的十字形端头，以控制监测装置前进和后退，除第一根推送杆头部为螺旋槽外，其余推送杆头部设有按压的卡扣34，通过弹簧36控制，尾部均设有圆孔，用于连接推送杆，推送杆32正上方设置有刻度凹槽33，刻度凹槽33的量程定长。安装好时，刻度凹槽正对上方，监测装置1的测力方向为垂直方向，从而可以方便的安装监测装置至指定的方向。

[0045] 预警装置2包括预警单片机21、光敏元件22、信号接收器23、声光预警器24和储存元件25，预警单片机32分别连接光敏元件22、信号接收器23、声光预警器24和储存元件25。预警装置2还包括预警电源26、数显屏27和悬挂扣28，预警装置2外层包裹有防水套，预警电源为预警单片机21、数显屏27、光敏元件22、信号接收器23、声光预警器24和储存元件25供电，光敏元件和数显屏相连；悬挂扣设置在预警装置的外侧面。预警装置的储存元件存储煤岩应力值，采集器导出应力值监测数据；光敏元件感应光照后打开数显屏显示监测值。

[0046] 油压装置5包括注油泵51、刚性油管52和外部油管53，刚性油管52连接各个监测装置，外部油管连接注油泵51和刚性油管52。注油泵51可以采用手动注油泵注油，定长刚性油管52用于连接不同深度的监测装置，定长刚性油管52不可弯曲和旋转，手动注油泵和监测装置间使用外部油管连接，外部油管53可弯曲旋转，进行注油加压，油管均使用螺纹连接方式。

[0047] 监测装置1布置在钻孔中，多个监测装置1布置在同一钻孔7中，对所述钻孔不同深度煤层6的应力变化进行实时监测，预警装置根据监测信息预警。

[0048] 一种无线应力监测预警方法，利用上述的一种无线应力监测声光预警仪，步骤包括：

[0049] S1.确定测点，根据矿井情况确定煤层巷道内测点的布置。根据矿井的实际情况要求，制定测点布置方案和压力预警值，准备长度合适的定长刚性油管

[0050] S2.根据测点设计钻孔，利用钻机在巷道内布置设定深度和直径的钻孔。在现场使用中，使用钻孔机钻取预设直径和深度的钻孔，并清理钻孔。

[0051] S3.利用采集器编码监测装置和预警装置，转动调整监测装置的监测方向至竖直方向，连接油压装置，悬挂安装预警装置；具体的是利用采集器对监测装置和预警装置进行编码，对预警装置设置压力预警值，第一个监测装置连接定长刚性油管，三通阀控制开关关闭出油口，定长刚性油管另一端连接下一个监测装置，最后一个监测装置连接外部油管，调整监测装置的安装方向，使测力方向均为垂直方向，拧紧螺母，预警装置无线传输，挂在预定位置。

[0052] S4.利用推送机构安装监测装置，先用刚性油管推送监测装置，后利用推送杆连接十字端头，观察刻度线刻度和方向，保持监测装置测力方向为竖直方向，依次连接推送杆，监测装置达到预定位置后，取出推送杆。

[0053] S5.重复步骤S4，依次安装多个监测装置。

[0054] S6.利用油压装置注油加压，达到初始压力后停止加压。将钻孔中的外部油管一端接入手动注油泵，进行注油加压，观察预警装置数显屏中每一个监测装置的压力值，在达到初始压力值后，停止加压，拆下手动注油泵；

[0055] S7.监测装置贴合孔壁，监测压力值，监测信号传输至预警装置，预警装置分析处理数据，采集器采集存储的监测数据。监测装置加压后贴合孔壁，待孔壁来压挤压承压板后，由压力传感器测得压力值，监测装置的信号发射器发射压力值信号，预警装置的信号接收器接收信号后，单片机分析处理数据，判断是否进行声光预警。

[0056] 其中，巷道内每隔30m布置1个钻孔，每个钻孔内布置多个监测装置。

[0057] 利用监测装置和预警装置配合，实现了实时对煤(岩)体应力进行监测、预警，且一孔多点监测在布置时，安装推送更为便捷，大大缩小了工程量；单个预警装置可接收多组测点的压力值，减少了油压表的使用，不需要进行人工读数，且具有查询和存储数据的功能，可使用采集器将数据采出；监测装置和预警装置之间采用无线传输，预警装置放置位置不受限制。该预警仪及方法方便了监测施工，并且还扩大的应用的范围。

[0058] 实施例2

[0059] 在实施例1的基础上，以某矿11307工作面为例，对本发明提供的一种无线应力监测声光预警仪及监测预警方法的应用做进一步的说明。

[0060] 某矿11307工作面主采3‑1煤，煤层厚度为2.98～6.40m，平均4.7m，煤层倾角0～6°，平均3°。11307回风顺槽正处于掘进阶段，沿煤层走向布置，总掘进长度4424m，采用锚杆、锚索和锚网联合支护的支护方式。

[0061] S1.根据矿井实际情况，每隔30m打一个钻孔布置测点，每一个钻孔布置深、浅两个测点，浅基点测量深度为8m，深基点测量深度为12m，初始应力值不小于5Mpa，预警值为12Mpa，准备4m定长的刚性油管，使用采集器对预警装置设置6Mpa的初始应力值和12Mpa的应力预警值。

[0062] S2.紧跟掘进工作面打钻孔，采用单孔多点测量的方法，一个钻孔布置深浅两个测点，钻孔深度为12m，清理钻孔；

[0063] S3.利用采集器分别对深基点和浅基点的监测装置和预警装置进行编码，深浅基点的监测装置之间使用定长刚性油管连接，浅基点监测装置后部三通阀连接外部油管，调整深浅基点监测装置的安装方向，使测力方向均为垂直方向，拧紧螺母；

[0064] S4.首先推送使用定长刚性油管连接的深浅基点监测装置，当浅基点监测装置到达孔口时，即推送深度达到4m，再使用推送杆卡住浅基点监测装置的十字形端头，将浅基点的监测装置推送至8m深度后，由于定长刚性油管的不可弯曲性，深基点的监测装置也达到了12m的深度，期间注意观察推送杆的刻度凹槽正对上方，确保监测装置的测力方向为垂直方向；

[0065] S5.预警装置悬挂在利于观察的位置，使用手动注油泵连接外部油管，进行注油加压，预设初始压力值为6Mpa，当深浅基点的监测装置压力值到达6Mpa时，预警装置进行警报，停止加压，在单向阀的作用下，油液不会回流。

[0066] S6.贴合孔壁之后，孔壁挤压监测装置，油馕受挤压产生的变形转化为油馕中液体压力，再由压力传感器将液体压力信号转换为电信号，经单片机处理后发送给预警装置，后期注意观察预警装置显示的压力值和声光预警器，定期采集压力值。

[0067] S7.每隔30m打一个钻孔，一直布置到切眼位置，其余钻孔的安装方法相同，一个预警装置接收多个钻孔中监测装置测得的应力值，掘进期间和回采期间可以实时监测煤(岩)体应力值的变化，当煤(岩)体应力值超过预警值时，预警装置及时进行声光预警器报警。

[0068] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。