专利名称：煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤矿开采领域，尤其涉及煤矿开采过程中采场覆岩运动监测技术。
背景技术：
煤矿采场推进所引起的上覆岩层运动，是造成采动围岩应力场变化的根本原因，也是煤矿顶板垮塌事故、煤与瓦斯突出、冲击地压、井下透水事故和地表沉陷等灾害的根源，实时监测采场上覆岩层破坏程度以及其运动状态是预防灾害事故发生的重要手段，而采场上覆岩梁断裂带高度及范围是决定覆岩破坏程度、应力状态以及其运动状态的决定性因素，因此快速确定采场上覆岩梁断裂带高度及范围对于保障煤矿安全具有重要意义。目前监测覆岩破坏程度的方法是钻孔注水法和预埋位移计法。通过钻孔注水法确定裂隙带扩展范围，通过预埋位移计法测量岩层变形。但是，裂隙扩展范围和岩层变形均不能确切反映采场上覆岩梁断裂带高度。也就是说，即使上覆岩层有裂隙，但是该处岩梁不一定完全断裂，现场实践显示上覆岩层水平裂隙的扩展一般高于竖向裂隙，钻孔注水法不能区分两类裂隙。同样，即使上覆岩层有一定位移，该处岩梁也不一定完全断裂，这种位移可能是由岩体弹性弯曲下沉导致的。所以上述两种方法均不能监测出真实的采场上覆岩梁断裂带高度及范围。另外，上述两种方法耗费时间较长，成本较高。
实用新型内容本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围监测系统。通过该系统可以对采场两侧岩体应力进行监测，根据应力变化数据即可准确、快速的推算出采场上覆岩梁断裂带高度及范围。为达到上述目的，本实用新型监测系统采取的技术方案是它是在采场运输顺槽或轨道顺槽中的外侧煤体上设有一排水平的监测孔，监测孔距巷道底面高度Im,数量为4-6个,孔间距离为2-4m,孔深度为3_5m,直径为42mm或45mm ；在监测孔中布置有压力传感器；在采场推进方向距观测点大于IOOm远的位置设置有数据采集设备；压力传感器的数据传导线从孔口引出，并延伸接入数据采集设备，数据采集设备采集的数据传输给数据分析处理器。本实用新型具有以下有益技术效果本实用新型可应用于煤矿开采过程中采场覆岩运动监测领域，快速得到煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围，以估计覆岩破坏程度、运动状态以及采场两侧支撑岩体的应力状态。采用应力波监测代替位移监测，更能准确反映岩梁断裂情况，而且设备成本大大降低。
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步说明[0010]
图1为本实用新型监测系统布置使用图；图2为某采场上覆岩层综合柱状图；图3为本实用新型监测到的支撑岩体应力波动的曲线示意图；图4为根据本实用新型确定的采场上覆岩梁断裂带高度及范围的示意图。图例说明1-采煤工作面，2-轨道顺槽，3-监测孔，4-压力传感器，5-数据传导线，6-数据采集设备，7-数据分析处理器。Ltl代表采场宽度，L1代表采煤工作面距离监测孔的距离，H代表岩梁断裂带的高度。
具体实施方式
如
图1所示，它是在采场运输顺槽或轨道顺槽中的外侧煤体上设有一排水平的监测孔3，监测孔3距巷道底面高度lm，数量为4-6个，孔间距离为2_4m，孔深度为3_5m，直径为42mm或45mm ;在监测孔3中布置压力传感器4 ;在采场推进方向距观测点大于IOOm远的位置设置数据采集设备6 ;压力传感器4的数据传导线5从孔口引出，并延伸接入数据采集设备6，数据采集设备6采集的数据传输给数据分析处理器7。使用时，第一步首先通过煤矿相应采区的地层综合柱状图，如图2所示，得到采场上覆岩层结构，包括各个岩层的厚度及组成性质；第二步建立观测点和监测系统如
图1所示，在采场轨道顺槽2中建立观测点，在观测点向采场外侧岩体钻凿一排水平的监测孔3，监测孔3距巷道底面高度lm，数量为4-6个，孔间距离为2_4m，孔深度为3-5m，直径为42mm或45mm ;在监测孔3中布置压力传感器4 ;在采场推进方向距观测点大于IOOm远的位置设置数据采集设备6 ;压力传感器4的数据传导线5从监测孔3孔口引出，并延伸接入数据采集设备6 ；第三步监测采场两侧岩体应力，得到应力波动曲线当采煤工作面距离监测孔等于1/4的采场宽度时(也就是当
图1中L1 = 1/4L0时，L0为采场宽度)，开始监测工作，压力传感器4将监测到的采场两侧岩体的应力波动信号传输给数据采集设备6，数据采集设备6将收集到的信号传递到数据分析处理器7 ;随着工作面向前推进，监测点处围岩的应力由初始应力开始升高，之后监测点处围岩的应力达到峰值；应力达到峰值后，监测点处的岩体开始破碎导致应力降低；随工作面继续推进，采场上覆第一岩梁断裂，引起监测点处岩体应力再次升高，随后又开始降低，之后每一层岩梁断裂都会引起类似的应力波动；在采煤工作面越过数据采集设备6后结束监测；数据分析处理器7综合分析应力波动数据，得到应力波动的曲线；应力波动的曲线如图3所示，图3中A、B、C、D点为应力峰值；第四步根据应力波动曲线峰值确定岩梁断裂带的高度及其范围由于采场上覆岩梁每一层断裂都会有应力波峰值出现，进而根据应力波波峰值出现的次数得到采场上覆岩梁断裂破坏的层数；再根据层数和已知的各个岩层的厚度以及采场宽度，即可得到岩梁断裂带的高度H及其大致范围，如图4所示。图3中A、B、C、D点应力峰值，分别对应图4中第1、I1、II1、IV岩梁的断裂。图4中岩梁V代表支托层，本层未
权利要求1.一种煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围监测系统，其特征在于，它是在采场运输顺槽或轨道顺槽中的外侧煤体上设有一排水平的监测孔，监测孔距巷道底面高度lm，数量为4-6个,孔间距离为2-4m,孔深度为3-5m,直径为42mm或45mm ;在监测孔中布置有压力传感器；在采场推进方向距观测点大于IOOm远的位置设置有数据采集设备；压力传感器的数据传导线从孔口引出，并延伸接入数据采集设备，数据采集设备采集的数据传输给数据分析 处理器。
专利摘要本实用新型公开了一种煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围监测系统，它是在采场运输顺槽或轨道顺槽中的外侧煤体上设有一排水平的监测孔，监测孔距巷道底面高度1m，数量为4-6个，孔间距离为2-4m，孔深度为3-5m，直径为42mm或45mm；在监测孔中布置压力传感器；在采场推进方向距观测点大于100m远的位置设置数据采集设备；压力传感器的数据传导线从孔口引出，并延伸接入数据采集设备，数据采集设备采集的数据传输给数据分析处理器。本实用新型可应用于煤矿开采过程中采场覆岩运动监测领域，快速得到煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围，以估计覆岩破坏程度、运动状态以及采场两侧支撑岩体的应力状态。
文档编号E21C39/00GK202914103SQ20122062883
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者文志杰, 蒋宇静, 朱祝武, 王刚, 吴学震 申请人:山东科技大学