一种岩层水平应力及采动卸荷效应的覆岩离层检测系统的制作方法

本发明涉及煤矿检测领域，具体而言，涉及一种岩层水平应力及采动卸荷效应的覆岩离层检测系统。

背景技术：

1、近十几年来，随着浅部煤炭资源开采殆尽，煤炭的开采逐步向深部发展。由于地应力的不断增加，工作面压架突水、瓦斯突出等一系列灾害频发。尤其是位于松散含水层下的开采工作面，压架突水事故是其主要的安全威胁，这些压架突水事故都与煤层开采后覆岩的移动及破坏相关，而覆岩离层的存在会改变覆岩的应力分布，必然会对覆岩破坏造成影响。

2、上覆岩层，一种赋存在煤层之上的岩层，也可称为顶板。赋存在煤层下方的岩层称为底板。在掘进巷道之前，地下的岩层或煤层是实体的，上部岩层的重量压在下部岩层上，处于平衡状态。这时候岩体不变形，也不会移动。我们在煤层或岩层中掘进一条巷道后，巷道顶部的岩层就要往下落。

3、现有技术中，覆岩离层的判别手段主要包括现场监测、理论计算、模拟试验(数值模拟、相似试验)等。其中，通过现场监测手段识别离层是最为可靠的方法，但是监测点的布置范围通常较小，难以覆盖整个顶板岩层，同时也较为费时费力。而采用模拟手段进行离层判别时，判别结果与模型尺度、材料参数及边界条件等关联，可能导致出现较大偏差，常与其它判别方法相互验证。现有的理论方法常忽略了对巷道的数据采集方面，这样就造成的对于岩层的覆岩离层的检测较为趋于理论值，不能够有效的贴合实际的巷道情况，即现有的理论方法在实施或者计算的过程中，缺少实际的数据信息支持，或者缺少具体的情况的对应，这样就容易造成理论值偏离实际情况等问题。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种岩层水平应力及采动卸荷效应的覆岩离层检测系统，旨在改善现有的理论方法常忽略了对巷道的数据采集方面，这样就造成的对于岩层的覆岩离层的检测较为趋于理论值，不能够有效的贴合实际的巷道情况，即现有的理论方法在实施或者计算的过程中，缺少实际的数据信息支持，或者缺少具体的情况的对应，这样就容易造成理论值偏离实际情况等问题。

2、本发明实施例提供了一种岩层水平应力及采动卸荷效应的覆岩离层检测系统，包括控制模块，所述控制模块上电性连接有处理模块，所述处理模块上电性连接有检测模块，所述检测模块用于实现对岩层进行检测，所述检测模块检测的项目包括有岩层的厚度、岩层的高度、岩层的长度、拍摄画面和成分检测，所述处理模块用于实现对所述检测模块采集的数据信息进行计算处理，并且实现对图像进行计算处理，使得数据信息能够保持精准度和安全性；

3、所述控制模块上电性连接有通讯模块，所述通讯模块上电性连接边缘云计算，所述通讯模块上电性连接有远程终端，所述远程终端上电性连接有大数据库，所述通讯模块用于实现对数据信息进行传输和控制信息的下达，所述边缘云计算用于实现对采集的数据信息进行有效的计算处理，降低所述控制模块的计算压力，并且提高计算效率、计算能力和计算精准度，所述远程终端用于实现对所述控制模块进行远程控制操作，提高远程监控的能力，所述大数据库用于实现对数据信息进行上传，或者是实现对大数据库信息中的专家数据和以往的历史数据信息进行下载，辅助数据信息的计算；

4、所述控制模块上电性连接有调压模块，所述调压模块用于实现对所述控制模块进行稳定的供电运行，保持系统能够实现有效的运行，并且保持稳定性，所述控制模块上电性连接有反馈模块，所述反馈模块与所述调压模块电性连接，所述反馈模块用于实现对所述控制模块的供电信息进行采集，并且根据采集的数据信息和设定的阈值进行比较判定，然后通过所述调压模块进行有效的调节控制。

5、在上述实现过程中，本发明在使用的时候，通过检测模块实现对巷道的内部数据信息进行获取，使得覆岩离层的检测具有一定的实际数据信息的支撑，并且对数据信息进行处理，提高数据信息的精准度，设有通讯模块实现对系统进行远程控制和数据上传，以及采用边缘云计算，使得控制系统在进行计算的时候，能够有效的实现降低计算压力，提高计算的效率、准确性和安全性，以及通过调压模块实现对系统进行供电，保持系统的稳定运行，再通过反馈模块进行反馈调节，实现稳定的供电过程，保持电压的稳定性，通过检测模块实现对数据信息的采集，能够使得后续的覆岩离层的计算更加的贴合巷道的情况和精准性。

6、在一种具体的实施方案中，所述调压模块上电性连接有供电模块，所述供电模块采用的是巷道中排引的线路，所述线路包括有矿井地面变电所变电电压为35kv，并且井下供配电电压为10kv或6kv，综采工作面的电压3kv或1140v，机采工作面、机掘供电电压为660v，并且地面和小型矿车井下低压电网的配电电压为380v，地面和井底车场、总进风巷的照明电压为220v，且本系统采用的是220v，且采用的是三相电。

7、在上述实现过程中，通过供电模块的设定可以实现对系统进行供电，并且为了实现对供电安全性，采用较低的电压进行供电，并且采用的是三相电。

8、在一种具体的实施方案中，所述控制模块上电性连接有继电器，所述继电器上电性连接有钻孔设备，所述钻孔设备用于实现对岩层进行钻孔处理，所述继电器用于实现供电通断控制，所述继电器通过升压模块与所述供电模块电性连接，所述升压模块用于实现对所述供电模块的电压进行升压，便于所述钻孔设备进行钻孔操作。

9、在上述实现过程中，通过继电器实现对钻孔设备进行供电，使得钻孔设备能够有效的实现对岩层进行钻孔，便于后续对岩层进行数据采集，且为了提高钻孔的工作效率，通过升压模块实现对电压进行调节，保持钻孔设备的运行快速。

10、在一种具体的实施方案中，所述调压模块中包括有用于降低所述供电模块电压的降压电路、包括有用于实现对交流电压进行转换成直流电压的整流电路、包括有用于实现对电压进行稳压调节的稳压电路、包括有用于实现对直流电压中的交流电压进行滤除的滤波电路和用于实现防止电压浪涌冲击的防浪涌电路，使得所述供电模块在供电给所述控制模块的是稳定的、低压、直流电压，并且实现对所述控制模块进行安全保护。

11、在上述实现过程中，通过调压模块的设定，能够有效的调节电压，保持控制模块的运行稳定性，并且通过防浪涌电路的设定可以防止电压的冲击直接损坏后续的电路设备。

12、在一种具体的实施方案中，所述控制模块中包括有电压电流采集电路，所述电压电流采集电路用于实现对所述控制模块的电压和电流进行采集，所述反馈模块中包括有放大电路、比较电路和阈值输入电路，所述放大电路用于实现对所述电压电流采集电路采集的数据信息进行放大处理，所述阈值输入电路用于所述控制模块将设定的阈值进行输入，所述比较单元用于将采集的电压电流数据信息和设定的阈值进行比较，然后通过所述调压模块中的稳压电路进行控制调节电压电流的稳定性。

13、在上述实现过程中，通过电压电流采集电路实现对控制模块的电压电流进行采集，便于通过反馈模块进行调节供电的过程，保持系统的供电稳定性。

14、在一种具体的实施方案中，所述检测模块中包括有超声波检测仪、红外激光测距仪、微型针孔摄像机、温湿度传感器、光谱分析仪，通过所述超声波检测仪实现对岩层的不同层进行检测，所述红外激光测距仪用于用于实现对岩层的厚度和岩层的高度进行检测，所述微型针孔摄像机用于实现对钻孔的岩层进行画面采集、岩层长度和导水裂隙带进行检测，所述光谱分析仪实现对成分进行检测。

15、在上述实现过程中，通过超声波检测仪、红外激光测距仪、微型针孔摄像机、温湿度传感器、光谱分析仪实现对岩层进行有效的数据采集，便于后续进行覆岩离层的判定计算。

16、在一种具体的实施方案中，所述处理模块中包括有用于实现对数据信息进行接收的获取单元、包括有用于实现对数据信息进行模数转换处理的转换单元、包括有用于实现对数据信息进行放大处理的增益单元、包括有用于实现对数据信息进行滤除杂波的滤波单元、包括有用于实现对图像数据信息进行处理的图像处理单元，所述图像处理单元括有用于实现对图像进行空域与频域、几何变换、色度变换、尺度变换处理的图像变换，包括有用于实现对图像有效画面进行突出的图像增强，包括有用于将图像中有意义的特征部分提取出来的图像分割，其有意义的特征有图像中的边缘、区域，还包括有表面缺陷目标识别算法，表面缺陷目标识别算法包括有贝叶斯分类、k最近邻、人工神经网络、支持向量机和k-means。

17、在上述实现过程中，处理模块实现对采集的数据信息进行计算处理，有效的保持数据信息的稳定性和精准性，并且能够实现对图像进行处理，保持图像的清晰和特征的突出。

18、在一种具体的实施方案中，所述控制模块上电性连接有辅助模块，所述辅助模块中包括有用于实现对数据信息和画面进行显示的显示屏、包括有用于实现对系统进行控制调节的控制按键、包括有用于是按对数据信息进行存储的存储器、包括有用于实现对数据异常进行报警的声光报警器和用于显示系统稳定运行的指示灯，所述存储器中包括有rom存储器、ram存储器和缓存存储器。

19、在上述实现过程中，通过辅助模块的设定可以实现对系统的运行更加的便捷快速。

20、在一种具体的实施方案中，所述岩层的高度的计算利用如下公式：m-(h-h)·(η-1)＝0，计算自然平衡拱的极限高度，其中，m为开采厚度；h为自然平衡拱的极限高度；h为导水裂隙带高度；η为导水裂隙带平均碎胀系数；

21、对于某一煤层开采距离a，利用公式：b1为自然平衡拱矢高；f为protodyakonov系数；λ为侧压系数；k为拱脚稳定安全状态系数；a1为与巷道岩石稳定性有关的参数；

22、自然平衡拱的拱脚安全系数k，开采后覆岩的断裂线与煤层夹角在60°-64°之间，取tan62°作为拱曲线在y＝b1/2处的斜率，在拱曲线方程对x求导后将点代入方程中，得到拱脚安全系数k的值为18.6；

23、利用公式：计算不同开采距离相应的自然平衡拱高度；

24、根据b1的值，以各岩层的竖直方向上的中点位置至拱顶的距离为yi(i＝1,2,3…)，根据拱的曲线方程计算此时各岩层位于拱内的岩层长度li＝2xi(i＝1,2,3…)；

25、以两端固支的梁柱模型计算岩层弯矩及中点挠度，计算采用如下公式：计算岩层端部弯矩利用如下的计算公式：计算岩层在自重应力及水平应力作用下的中点挠度；其中qi为岩层的自重荷载；eiii为梁的弯曲刚度；pi为岩层的水平应力；m0,i为在自重荷载及水平应力作用下的梁端弯矩。

26、在上述实现过程中，通过上述的计算过程，可以上下对岩层进行计算处理，有效的获取岩层的数据信息。

27、在一种具体的实施方案中，所述覆岩离层判别，将岩层的每一层进行标号，即实现对岩层进行标号i(i＝1,2,3…)，计算岩层挠度；拱顶第一层编号为i，若δi,l/2>δi-1,l/2，则判定第i层与第i-1层为组合梁；若δi,l/2<δi-1,l/2，则判定第i层与第i-1层岩层之间存在离层，即从第i-1层岩层开始，与第i-2层岩层比较挠度；

28、利用公式：计算第i-1层岩层在自重荷载及水平应力作用下的中点弯矩

29、利用公式：计算第i-1层岩层在相互作用力qi,i-1及水平应力作用下的梁端弯矩其中，a＝(li-1-li)/2，b＝(li-1+li)/2；

30、利用公式：计算第i-1层岩层在相互作用力qi,i-1及水平应力作用下的中点弯矩

31、利用公式：计算i-1层岩层总的中点弯矩ml/2,i-1；

32、利用公式：解出两岩层相互作用力qi,i-1；

33、利用公式：计算组合梁的挠度δa,l/2；

34、利用公式：计算岩层或者组合梁的最大拉应力σ，其中，m0为岩层端部弯矩，若为组合梁，则以最底部岩层的数值计算；

35、以岩层的抗拉强度[σ]作为破坏判据，若σ>[σ]，则岩层破坏，当组合梁最底部岩层达到破坏条件时，认为组合梁整体发生破坏；当某层岩层发生破坏时，认为该岩层以下的岩层均已发生破坏，且该岩层以下不再发育离层。

36、在上述实现过程中，通过上述的计算过程可以有效的实现对岩层的离层进行计算判定。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果：

38、本发明在使用的时候，通过检测模块实现对巷道的内部数据信息进行获取，使得覆岩离层的检测具有一定的实际数据信息的支撑，并且对数据信息进行处理，提高数据信息的精准度，设有通讯模块实现对系统进行远程控制和数据上传，以及采用边缘云计算，使得控制系统在进行计算的时候，能够有效的实现降低计算压力，提高计算的效率、准确性和安全性，以及通过调压模块实现对系统进行供电，保持系统的稳定运行，再通过反馈模块进行反馈调节，实现稳定的供电过程，保持电压的稳定性，通过检测模块实现对数据信息的采集，能够使得后续的覆岩离层的计算更加的贴合巷道的情况和精准性。