[发明专利]一种深长煤矿斜井的盾构施工系统及其数据采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及深长煤矿斜井的盾构施工相关技术领域，特别是一种深长煤矿斜井的盾构施工系统及其数据采集方法。

背景技术

当前，我国煤炭消耗量持续增加，以中国东部矿区为主的主要煤矿经过多年的持续高强度开发，可采煤炭资源日益枯竭。已探明埋深在1000m以下的占煤炭资源总量的53%，开采深度以每年8-12m的速度递增，国内多数大型煤矿已相继进入了的深部开采阶段，深长斜井将在煤矿开采中大量涌现。过去，煤矿巷道（斜井）的建设通常采用钻爆法，施工进度较慢（70～100米/月），目前，国内某些矿井的超长斜井拟采用全断面隧道掘进机（盾构）开挖，以提高长距离斜井的施工安全和效率。

然而，现有的盾构施工系统，并未能监测盾构机以及盾构隧道管片衬砌的施工期和运营期的力学状态，并未能对盾构施工和结构状态的有效监测。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术未能监测盾构机以及盾构隧道管片衬砌的施工期和运营期的力学状态，并未能对盾构施工和结构状态的有效监测的技术问题，提供一种深长煤矿斜井的盾构施工系统及其数据采集方法。

一种深长煤矿斜井的盾构施工系统，包括：多个传感器、设置在地面的数据服务器，以及与所述数据服务器通讯的远程数据采集终端，且沿斜井方向每隔预设长度设置监测断面，每个监测断面的管片衬砌上均匀布置多个测点，每个测点位置安装多个所述传感器，所述传感器通过光缆与数据服务器连接，所述传感器包括振弦式传感器与光纤光栅式传感器，各监测断面间隔安装振弦式传感器与光纤光栅式传感器。

进一步的，还包括安装在所述管片的数据采集器和光缆接线盒，所述振弦式传感器通过数据采集器并入光缆，光纤光栅式传感器通过光缆接线盒并入光缆。

更进一步的，所述数据采集器和所述光缆接线盒安放在所述管片的水平位置的预留空间中。

进一步的，所述传感器包括：水土压力传感器、混凝土应变传感器、钢筋应变传感器或温度传感器，所述水土压力传感器包括水压力传感器和土压力传感器，所述水压力传感器用垫片绑扎在所述管片的受力筋上；所述土压力传感器的感应面与所述管片的迎土面相平，并用钢筋固定所述土压力传感器的位置；所述管片的主筋截断相应长度后将所述钢筋应变传感器和所述主筋的双面帮条焊接为一体；所述混凝土应变传感器的应变感应方向和环向受力主筋方向平行固定，每个测点内外侧各布置一个混凝土应变传感器，且固定在与所述管片的环向主筋处于同一高度处；温度传感器采用嵌入式安装于所述管片的混凝土内部。

进一步的，所述数据服务器设有对所述光纤光栅式传感器的信号进行收集处理的光纤光栅信号解调仪，以及对所述振弦式传感器的信号进行收集处理的振弦式信号协议转换器。

进一步的，还包括安装在盾构机上的网络摄像机和无线发射器，以及安装在每个监测断面的管片衬砌上的无线网桥，所述无线网桥通过导线与所述光缆连接，所述网络摄像机与所述无线发射器连接，且所述无线发射器与所述无线网桥无线连接。

更进一步的，所述无线发射器为防爆式无线发射器，所述无线网桥为防爆式无线网桥。

更进一步的，所述数据服务器设有对所述无线网桥的无线信号进行收集处理的无线信号采集仪。

一种深长煤矿斜井的盾构施工系统的数据采集方法，所述深长煤矿斜井的盾构施工系统包括多个传感器、设置在地面的数据服务器，以及与所述数据服务器通讯的远程数据采集终端，且沿斜井方向每隔预设长度设置监测断面，每个监测断面的管片衬砌上均匀布置多个测点，每个测点位置安装多个所述传感器，所述传感器通过光缆与数据服务器连接，所述传感器包括振弦式传感器与光纤光栅式传感器，各监测断面间隔安装振弦式传感器与光纤光栅式传感器，所述数据采集方法包括：

所述传感器将监测断面的监测断面数据传输至数据服务器；

所述数据服务器读取所述监测断面数据；

所述数据服务器将所述监测断面数据发送到所述远程数据采集终端。

进一步的，深长煤矿斜井的盾构施工系统还包括安装在盾构机上的网络摄像机和无线发射器，以及安装在每个监测断面的管片衬砌上的无线网桥，所述无线网桥通过导线与所述光缆连接，所述网络摄像机与所述无线发射器连接，且所述无线发射器与所述无线网桥无线连接，所述数据采集方法还包括：

网络摄像机对所述盾构机的盾构机姿态和所处位置进行可视化监测，得到可视化数据；

所述无线发射器获取所述可视化数据以及所述盾构机的施工状态参数，并通过无线方式发送到所述无线网桥；