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煤矿围岩应力传感器原理与技术特性

杨国威    2025-10-31 11:51:43    27次浏览

煤矿围岩压力测量传感器是监测煤矿井下巷道、硐室及采场围岩应力变化的关键设备,核心作用是实时捕捉围岩受力数据,为巷道支护设计、顶板安全预警及矿山灾害防控提供数据支撑,是煤矿安全生产的 “应力监测哨兵”。

核心工作原理主流采用电阻应变片式原理,传感器内置应变片组成的惠斯通电桥,围岩压力作用于弹性敏感元件时,应变片发生形变导致电阻变化,电桥输出与压力成正比的电信号。

部分高精度型号搭配光纤传感技术,利用光纤光栅的应力 - 波长耦合特性,通过检测光栅反射波长偏移量换算压力值,抗电磁干扰能力更强。

电信号经内置信号调理模块放大、滤波和 A/D 转换后,可通过有线或无线方式传输至监测系统,实现压力数据的实时显示与分析。

主要技术特性测量范围适配煤矿围岩应力需求,通常为 0-20MPa、0-40MPa,部分深井专用型号可达 0-100MPa,测量精度≤±1.0% FS,分辨率 0.01MPa,能捕捉细微应力变化。

具备本质安全型防爆认证(Ex ia I Ma)和煤矿安全标志(MA 认证),外壳采用不锈钢或高强度合金材料,密封等级达 IP67,可抵御井下粉尘、潮湿、腐蚀性气体及冲击振动。

工作温度范围宽,适配井下 - 20℃~80℃的恶劣环境,部分型号内置温度补偿模块,消除温度变化对测量精度的影响。

支持多种输出方式,包括 4-20mA 电流信号、RS485 数字信号,无线型号可通过 LoRa、ZigBee 技术传输数据,传输距离满足井下长距离监测需求。

应用场景与核心价值巷道支护监测:安装于巷道顶板、两帮及底板的围岩内部或支护结构表面,实时监测围岩应力变化,判断支护结构承载状态,避免支护失效导致的巷道变形、坍塌。

采场围岩监测:在综采工作面、掘进工作面周边围岩布置传感器,跟踪采动影响下的应力迁移规律,为工作面推进速度调整、支护参数优化提供依据。

灾害预警价值:通过连续监测围岩压力数据,当应力值接近预警阈值时,及时触发报警,提前预判顶板冒落、冲击地压等灾害风险,为人员撤离和应急处置争取时间。

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