专利名称：粒子辐射监测矿井岩层应力状态系统及监测方法
技术领域：
本发明属于矿井安全开采监测设备，特别涉及ー种粒子辐射监测矿井岩层应カ状态系统及监测方法。
背景技术：
目前，矿井尤其是煤矿现场工作面的前方与巷道两侧煤岩的应カ状态与“三区”的分布，一般是根据经验理论进行推測，很少进行实际测量确定。对于矿压监测一般使用动态应变仪或者矿压仪通过测定顶板下沉量、下沉速度和支持载荷等參数进行测试，锚皸巷道采用测力锚杆与静态电阻应变仪联合对巷道受カ状态进行监测。常规的监测预报方法主要为接触式，费エ费时，难以直接准确测定工作面前方应カ状态。而且人工操作的监测和煤岩体分布不均匀的影响，使监测效果不稳定、不准确，不能保证煤矿的安全开采，甚至对煤矿工人的安全也会受到影响。

发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供ー种结构简单、安全可靠、监测准确的粒子辐射监测矿井岩层应カ状态系统及监测方法。本发明解决技术问题采用的技术方案是粒子辐射监测矿井岩层应カ状态系统包括传感器、推进装置、电源信号线、监测仪，其特点是它们的连接关系如下传感器连接推进装置，而且传感器与监测仪之间用电源信号线连接，推进装置用于将传感器推入或拉出监测仪上的传感器安装孔；监测仪的电路原理图中包括控制电路，开关电路、电源电路、显示电路和传感器电路；其中控制电路中包括ATMEGA128单片机U1、日历时针芯片队、电感器1\、三极管Q1、蜂鸣器FG、晶振器电阻ぐも、电池BT1,电容C广C13,它们的连接关系是单片机U1的11、12脚分别接电阻も、1 4的一端，R3的另一端接地，R4的另一端接3. 3V电源，单片机U1的7、10、58、61、65脚接地，单片机U1的15脚接电阻R5的一端，R5的另一端接三极管Q1的基极，Q1的集电极接蜂鸣器FG的I脚，FG的2脚接电源VDD，Q1的发射极接地，单片机U1的17、18脚分别接晶振器Y1的两端、电容C9、C8的一端，C8, C9另一端接地，单片机U1的25脚分别接传感器电路中施密特触发器U3E、U3D、U3F的10、8、12脚和电容C18的一端，单片机U1的31脚接电源电路中电源芯片U5的3脚，单片机U1的33脚接电阻R6的一端，R6另一端接地，单片机U1的20、24、35、45、55脚接地，单片机U1的56、57脚分别接晶振器Y2的两端、电容C1(l、C11的一端，C10, C11和晶振器Y2的另两端接地，单片机U1的36 40脚分别接显示电路中液晶显示器U3的5 1脚，单片机U1的41、42、43脚分别接日历时钟芯片U2的5、6、7脚、电阻R7, R8, R9的一端，电阻R7> R8、R9的另一端接3. 3V电源，单片机U1的50、51、52、53脚分别接开关电路中按键S4、S3、S2、S1的一端、电阻Rltl、Rn、R12、R13的一端，单片机U1的21、22脚接电容C7的一端，C7另一端接地，单片机U1的23、34、44、54脚接电容C4> C5, C6的一端和3. 3V电源，C4, C5, C6另一端接地，单片机U1的的59脚接电容C3的一端、电感器T1的一端，C3另一端接地，电感器T1另一端接3. 3V电源，单片机U1的60脚接电容C2的一端，C2的另一端接地，单片机U1的的62脚接电容C1的一端，C1的另一端接地，单片机U1的63脚接电阻RpR2的一端,R1的另一端接VDD，R2另一端接地，日历时钟芯片U2的I脚接3. 3V电源，U2的2、3脚分别接晶振器Y3的两端、电容C13、C12的一端，C13、C12另一端接地，U2的4脚接地，U2的8脚接电池BT1的正极，BT1的负极接地，电阻R7、R8、R9的另一端接
3.3V电源；开关电路中包括按键S广S4、电阻RltTR13 ;它们的连接关系是按键S1X4的另一端接地，电阻RltTR13S—端接3. 3V电源；电源电路中包括电源芯片U4、U5、电容C14 C16、电解电容C3(l、电池BT2 ;它们的连接关系是电源芯片U4的1、3脚接电容C16的一端、电源芯片U5的I脚、电解电容C3tl的正极、电池BT2的2脚，电池BT2的I脚接电解电容C3tl的负极和地，电源芯片U4的2脚接电容C16的另一端和地，U4的5脚接电容C14的一端和3. 3V电源，C4的另一端接地，电源芯片U5的2脚接地，U5的5脚接电容C15的一端和电源VDD，C15另一端接地；显示电路中包括液晶显示器U3'电容C21I29 ;它们的连接关系是液晶显示器U3的6脚接3. 3V电源，U3的7脚接电容C29的一端和地，U3的8脚接C29另一端，U3的9脚接电容C2i的一端，C21另一端接U3的10脚和电容C28的一端，C28的另一端接U3的11脚，U3的12、13脚分别接电容C27的两端，U3的14 18脚分别接电容C26 C22的一端，C26^C22另一端接U3的19,20脚和地，传感器电路中包括施密特触发器U3A、U3B、U3C、U3D、U3E、U3F、盖革计数管GM、稳压二极管D2、D3、二极管D1、变压器T、三极管Q2、电阻R14Ip电容C17 C2Q ;它们的连接关系是变压器T的I脚接电阻R14的一端和电源VDD，变压器T的2脚接三极管Q2的集电极，T的5脚接Q2的基极，Q2的发射极接地，T的6脚接电阻R14的另一端，T的3脚接二极管口工的一端，T的4脚接电容C19的一端和地，二极管D1的另一端接电容C19另一端、稳压二极管D2的一端、电阻R15、电容C2tl的一端,C2tl另一端接地,D2的另一端接稳压二极管D3的一端，D3的另一端接电容C17的一端，电阻R15另一端接盖革计数管GM的一端，GM的另一端接电阻R16的一端、电容C17另一端、施密特触发器U3A的3脚，U3C的I脚、U3B的5脚，施密特触发器U3A的2脚接U3F的13脚，U3B的4脚接U3E的11脚，U3C的6脚接U3D的9脚，电阻R16的另一端接地；粒子辐射监测矿井岩层应力状态系统的监测方法是首先在工作面或巷道壁上钻孔，然后向孔内推入传感器，测定孔内不同位置的粒子辐射信号，或测定孔内同一位置的粒子辐射信号强度随掘进深度的变化而变化的规律，以监测矿井工作面和巷道的相对应力的状态，测量时，垂直煤壁向煤岩体深处打钻，钻孔深度依据现场而定，钻孔完成后快速退出钻杆，立即用粒子辐射测定系统每I米一个测点沿钻孔测定粒子辐射信号，然后对钻孔内部不同位置的煤岩所受到的相对应力状态进行监测分析，也可以在钻孔内连续测试同一位置随采掘工作面的推进，测试位置煤岩体相对应力状态的变化规律，得到所述的矿井岩层的粒子辐射信号与矿井岩层应力状态的耦合关系，由上述实验得到耦合参数确定煤矿现场所需要的相应的应力状态门限和接收数目以及阀值，合理布置粒子辐射应力状态检测系统，从而实现煤矿应力状态的实时测定。本发明的有益效果是粒子辐射监测矿井岩层应力状态系统及监测方法可以实时监测反映煤岩体变形破裂的过程与剧烈程度，进行煤岩应力测定，不受人工操作等人为因素和煤岩体分布不均匀的影响，信息的接收、传输比较简单，对生产影响小，准确性高，可与矿井监控系统联网，实现地面预测预报，大幅度降低监测费用，该方法测定方便，花费时间短，节省人力物力。
以下结合附图以实施例具体说明。图I是粒子辐射监测矿井岩层应力状态系统的结构连接关系图。图2是图I中监测仪的电路原理图。 图中，I-传感器；2_推进装置；3_监测仪；3-1_控制电路；3-2_开关电路；3_3_电源电路；3_4_显不电路；3_5_传感器电路；4_电源/[目号线。
具体实施例方式实施例，参照附

图1，粒子辐射监测矿井岩层应力状态系统中的传感器I连接推进装置2，推进装置2将传感器I推入到监测仪3内，并且将传感器I从监测仪3中拉出，传感器I与监测仪3之间用电源信号线4连接，监测仪3的电路原理图(参照附图2)中包括控制电路3-1、开关电路3-2、电源电路3-3、显示电路3-4、变压电路3_5。其中控制电路3-1中包括ATMEGA128单片机U1、日历时针芯片U2、电感器T1、三极管Q1、蜂鸣器FG、晶振器Y:、Y2、Y3、电阻(R9、电池BT1、电容C广C13，它们的连接关系是单片机U1的11、12脚分别接电阻R3、R4的一端，R3的另一端接地，R4的另一端接3. 3V电源，单片机U1的7、10、58、61、65脚接地，单片机U1的15脚接电阻R5的一端，R5的另一端接三极管Q1的基极，Q1的集电极接蜂鸣器FG的I脚，FG的2脚接电源VDD，Q1的发射极接地，单片机U1的17、18脚分别接晶振器Y1的两端、电容C9、C8的一端，C8、C9另一端接地，单片机U1的25脚分别接传感器电路3-5中施密特触发器U3E、U3D、U3F的10、8、12脚和电容C18的一端，单片机U1的31脚接电源电路3-3中电源芯片U5的3脚，单片机U1的33脚接电阻R6的一端，R6另一端接地，单片机仏的20、24、35、45、55脚接地，单片机仏的56、57脚分别接晶振器Y2的两端、电容CltlX11的一端，C10, C11和晶振器Y2的另两端接地，单片机U1的36 40脚分别接显示电路3-4中液晶显示器U3的5 1脚，单片机U1的41、42、43脚分别接日历时钟芯片U2的5、6、7脚、电阻R7、R8、R9的一端，电阻R7、R8、R9的另一端接3. 3V电源，单片机U1的50、51、52、53脚分别接开关电路3-2中按键S4、S3> S2、S1的一端、电阻R1Q、Rn、R12> R13的一端，单片机U1的21、22脚接电容C7的一端，C7另一端接地，单片机U1的23、34、44、54脚接电容C4、C5、C6的一端和
3.3V电源，C4, C5, C6另一端接地，单片机U1的的59脚接电容C3的一端、电感器T1的一端，C3另一端接地，电感器T1另一端接3. 3V电源，单片机U1的60脚接电容C2的一端，C2的另一端接地，单片机U1的的62脚接电容C1的一端，C1的另一端接地，单片机U1的63脚接电阻％、R2的一端，R1的另一端接VDD，R2另一端接地，日历时钟芯片U2的I脚接3. 3V电源，U2的2、3脚分别接晶振器Y3的两端、电容C13、C12的一端，C13、C12另一端接地，U2的4脚接地，U2的8脚接电池BT1的正极，BT1的负极接地，电阻R7、R8、R9的另一端接3. 3V电源；开关电路3-2中包括按键S广S4、电阻RltTR13 ;它们的连接关系是按键S1X4的另一端接地，电阻RltTR13S—端接3. 3V电源；电源电路3-3中包括电源芯片仏、仏、电容(14飞16、电解电容C30>电池BT2 ;它们的连接关系是电源芯片U4的1、3脚接电容C16的一端、电源芯片U5的I脚、电解电容C3tl的正极、电池BT2的2脚，电池BT2的I脚接电解电容C3tl的负极和地，电源芯片U4的2脚接电容C16的另一端和地，U4的5脚接电容C14的一端和3. 3V电源，C4的另一端接地，电源芯片U5的2脚接地，U5的5脚接电容C15的一端和电源VDD，C15另一端接地；显示电路3-4中包括液晶显示器U3'电容C21I29 ;它们的连接关系是液晶显示器U3的6脚接3. 3V电源，U3的7脚接电容C29的一端和地，U3的8脚接C29另一端，U3的9脚接电容C2i的一端，C21另一端接U3的10脚和电容C28的一端，C28的另一端接U3的11脚，U3的12、13脚分别接电容C27的两端，U3的14 18脚分别接电容C26 C22的一端，C26^C22另一端接U3的19,20脚和地，传感器电路3-5中包括施密特触发器U3A、U3B、U3C、U3D、U3E、U3F、盖革计数管GM、稳压ニ极管D2、D3、ニ极管D1、变压器T、三极管Q2、电阻R14 R16、电容C17I2tl ;它们的连接关系是变压器T的I脚接电阻R14的一端和电源VDD，变压器T的2脚接三极管Q2的集电极，T的5脚接Q2的基极，Q2的发射极接地，T的6脚接电阻R14的另一端，T的3脚接ニ极管D1的一端，T的4脚接电容C19的一端和地，ニ极管D1的另一端接电容C19另一端、稳压ニ极管D2的一端、电阻R15、电容C2tl的一端，C20另一端接地，D2的另一端接稳压ニ极管D3的一端，D3的另一端接电容C17的一端，电阻 R15另一端接盖革计数管GM的一端，GM的另ー端接电阻R16的一端、电容C17另一端、施密特触发器U3A的3脚，U3C的I脚、U3B的5脚，施密特触发器U3A的2脚接U3F的13脚，U3B的4脚接U3E的11脚，U3C的6脚接U3D的9脚，电阻R16的另一端接地；粒子辐射监测矿井岩层应カ状态系统的监测方法是首先在エ作面或巷道壁上钻孔，然后向孔内推入传感器1，测定孔内不同位置的粒子辐射信号，或测定孔内同一位置的粒子辐射信号強度随掘进深度的变化而变化的规律，以监测矿井工作面和巷道的相对应カ的状态，測量时，垂直煤壁向煤岩体深处打钻，钻孔深度依据现场而定，钻孔完成后快速退出钻杆，立即用粒子辐射測定系统每I米一个测点沿钻孔測定粒子辐射信号，然后对钻孔内部不同位置的煤岩所受到的相对应カ状态进行监测分析，也可以在钻孔内连续测试同一位置随采掘工作面的推进，测试位置煤岩体相对应カ状态的变化规律，得到所述的矿井岩层的粒子辐射信号与矿井岩层应カ状态的耦合关系，由上述实验得到耦合參数确定煤矿现场所需要的相应的应力状态门限和接收数目以及阀值，合理布置粒子辐射应カ状态检测系统，从而实现煤矿应カ状态的实时測定。
权利要求
1.一种粒子辐射监测矿井岩层应力状态系统，包括传感器(I)、推进装置(2)、电源信号线(4)、监测仪(3)，其特征在于它们的连接关系如下传感器连接推进装置(2)，而且传感器(I)与监测仪(3 )之间用电源信号线(4)连接，推进装置(2 )用于将传感器(I)推入或拉出监测仪(3)上的传感器安装孔；监测仪(3)的电路原理图中包括控制电路(3-1)，开关电路(3-2 )、电源电路(3-3 )、显示电路(3-4 )和传感器电路(3-5 );其中控制电路(3-1)中包括ATMEGA128单片机U1、日历时针芯片队、电感器1\、三极管Q1、蜂鸣器FG、晶振器YpY2、Y3、电阻R1I9、电池BT1、电容C广C13，它们的连接关系是单片机U1的11、12脚分别接电阻R3、R4的一端，R3的另一端接地，R4的另一端接3. 3V电源，单片机U1的7、10、58、61、65脚接地，单片机U1的15脚接电阻R5的一端，R5的另一端接三极管Q1的基极，Q1的集电极接蜂鸣器FG的I脚，FG的2脚接电源VDD，Q1的发射极接地，单片机U1的17、18脚分别接晶振器Y1的两端、电容C9、C8的一端，C8, C9另一端接地，单片机U1的25脚分别接传感器电路(3-5)中施密特触发器U3E、U3D、U3F的10、8、12脚和电容C18的一端，单片机U1的31脚接电源电路(3-3)中电源芯片U5的3脚，单片机U1的33脚接电阻R6的一端，R6另一端接地，单片机U1的20、24、35、45、55脚接地，单片机仏的56、57脚分别接晶振器Y2的两端、电容C1(l、C11的一端，C10, C11和晶振器Y2的另两端接地，单片机U1的36 40脚分别接显示电路(3-4)中液晶显示器U3的5 1脚，单片机U1的41、42、43脚分别接日历时钟芯片U2的5、6、7脚、电阻R7、R8、R9的一端，电阻R7、R8、R9的另一端接3. 3V电源，单片机U1的50、51、52、53脚分别接开关电路(3-2)中按键S4、S3、S2、Si的一端、电阻R1(l、Rn、R12、R13的一端，单片机U1的21、22脚接电容C7的一端，C7另一端接地，单片机U1的23、34、44、54脚接电容C4、C5、C6的一端和.3.3V电源，C4, C5, C6另一端接地，单片机U1的的59脚接电容C3的一端、电感器T1的一端，C3另一端接地，电感器T1另一端接3. 3V电源，单片机U1的60脚接电容C2的一端，C2的另一端接地，单片机U1的的62脚接电容C1的一端，C1的另一端接地，单片机U1的63脚接电阻％、R2的一端，R1的另一端接VDD，R2另一端接地，日历时钟芯片U2的I脚接3. 3V电源，U2的2、3脚分别接晶振器Y3的两端、电容C13、C12的一端，C13、C12另一端接地，U2的4脚接地，U2的8脚接电池BT1的正极，BT1的负极接地，电阻R7、R8、R9的另一端接3. 3V电源；开关电路(3-2)中包括按键S1X4、电阻RltTR13 ;它们的连接关系是按键S1X4的另一端接地，电阻RltTR13另一端接3. 3V电源；电源电路(3-3)中包括电源芯片U4、U5、电容C14 C16、电解电容C3(l、电池BT2 ;它们的连接关系是电源芯片U4的1、3脚接电容C16的一端、电源芯片U5的I脚、电解电容C3tl的正极、电池BT2的2脚，电池BT2的I脚接电解电容C3tl的负极和地，电源芯片U4的2脚接电容C16的另一端和地，U4的5脚接电容C14的一端和3. 3V电源，C4的另一端接地，电源芯片U5的2脚接地，U5的5脚接电容C15的一端和电源VDD，C15另一端接地；显示电路(3-4)中包括液晶显示器U3、电容C21 C29 ;它们的连接关系是液晶显示器U3的6脚接3. 3V电源，U3的7脚接电容C29的一端和地，U3的8脚接C29另一端，U3的9脚接电容C21的一端，C21另一端接U3的10脚和电容C28的一端，C28的另一端接U3的11脚，U3的.12、13脚分别接电容C27的两端，U3的14 18脚分别接电容C26 C22的一端，C26^C22另一端接U3的19、20脚和地，传感器电路(3-5)中包括施密特触发器U3A、U3B、U3C、U3D、U3E、U3F、盖革计数管GM、稳压二极管D2、D3、二极管D1、变压器T、三极管Q2、电阻R14 R16、电容C17 C2Q ;它们的连接关系是变压器T的I脚接电阻R14的一端和电源VDD，变压器T的2脚接三极管Q2的集电极，T的5脚接Q2的基极，Q2的发射极接地，T的6脚接电阻R14的另一端，T的3脚接ニ极管D1的一端，T的4脚接电容C19的一端和地，ニ极管D1的另一端接电容C19另一端、稳压ニ极管D2的一端、电阻R15、电容C2tl的一端，C20另一端接地，D2的另一端接稳压ニ极管D3的一端，D3的另一端接电容C17的一端，电阻R15另一端接盖革计数管GM的一端，GM的另一端接电阻R16的一端、电容C17另一端、施密特触发器U3A的3脚，U3C的I脚、U3B的5脚，施密特触发器U3A的2脚接U3F的13脚，U3B的4脚接U3E的11脚，U3C的6脚接U3D的9脚，电阻R16的另一端接地。
2.根据权利要求I所述的粒子辐射监测矿井岩层应カ状态系统，其特征在于粒子辐射监测矿井岩层应カ状态系统的监测方法是首先在工作面或巷道壁上钻孔，然后向孔内推入传感器(I )，测定孔内不同位置的粒子辐射信号，或测定孔内同一位置的粒子辐射信号强度随掘进深度的变化而变化的规律，以监测矿井工作面和巷道的相对应カ的状态，測量吋，垂直煤壁向煤岩体深处打钻，钻孔深度依据现场而定，钻孔完成后快速退出钻杆，立即用粒子辐射測定系统每I米一个测点沿钻孔測定粒子辐射信号，然后对钻孔内部不同位置的煤岩所受到的相对应カ状态进行监测分析，也可以在钻孔内连续测试同一位置随采掘工作面的推进，测试位置煤岩体相对应カ状态的变化规律 ，得到所述的矿井岩层的粒子辐射信号与矿井岩层应カ状态的耦合关系，由上述实验得到耦合參数确定煤矿现场所需要的相应的应カ状态门限和接收数目以及阀值，合理布置粒子辐射应力状态检测系统，从而实现煤矿应カ状态的实时測定。
全文摘要
本发明属于矿井安全开采监测设备，特别涉及一种粒子辐射监测矿井岩层应力状态系统及监测方法，包括传感器(1)、推进装置(2)、电源信号线(4)、监测仪(3)，它们的连接关系如下传感器连接推进装置(2)，而且传感器(1)与监测仪(3)之间用电源信号线(4)连接，推进装置(2)用于将传感器(1)推入或拉出监测仪(3)上的传感器安装孔；监测仪(3)的电路原理图中包括控制电路(3-1)，开关电路(3-2)、电源电路(3-3)、显示电路(3-4)和传感器电路(3-5)；粒子辐射监测矿井岩层应力状态系统及监测方法可以实时监测反映煤岩体变形破裂的过程与剧烈程度，进行煤岩应力测定，该方法测定方便，花费时间短，节省人力物力。
文档编号G01L1/25GK102620871SQ201210112248
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者冀常鹏, 李国臻, 李忠华, 潘一山 申请人:辽宁工程技术大学