专利名称：一种采空区应力实时监测系统及覆岩破断判断方法
技术领域：
本发明涉及一种采空区应力实时监测系统及覆岩破断判断方法，适用于对回采工作面后方采空区随顶板冒落后的应力变化情况进行实时监测，将监测得到的应力值与理论计算的应力值进行对比后可以判断采空区上方的覆岩破断位置。
背景技术：
随着煤矿开采深度的不断增加，井下应力环境发生了很大变化，导致巷道大变形、冲击矿压、煤与瓦斯突出及突水等灾害越来越严重。所有的矿山应力现象都是由巷道掘进、煤体采出后应力重新分布及岩体结构的破坏与运动所引起的。只有充分了解应力场分布特征与演化规律，才能进行有效的围岩稳定性、变形与破坏分析，进而提出合理的矿井冒顶与地压灾害防治措施。地下煤岩体在未受到采动影响之前，处于原岩应力平衡状态。而采动破坏了这种平衡，并引起采动空间周围应力的重新分布，促使围岩发生变形、破坏和移动，从而在工作面出现顶板冒落与来压、顶底板移近、支架受载和下缩等矿压显现，剧烈的矿压显现会给开采工作带来不同程度的�：�。为了维护采动空间，保证开采工作安全顺利地进行，就必须采取支护技术措施控制围岩的变形和运动，而掌握围岩应力分布和围岩运动规律是采取有效的支护技术措施的基础。采动应力的异常变化是引发顶板灾害的重要原因，高应力的存在和能量的聚集与释放是顶板灾害发生的重要条件，及时预测顶板采动应力的变化并进行实时监测预警和解危是控制顶板发生动力灾害的有效技术途径和手段。目前主要使用钻孔应力计对工作面超前支承应力进行监测，而对采空区应力的监测还较少。通过在采空区内部布置应力测点进行监测得到实时变化的采空区应力值，将监测得到的采空区应力值与理论计算的采空区应力值进行对比后可判断出采空区应力测点处上方的覆岩破断位置；同时结合工作面超前支承压力变化曲线，能够更加全面的掌握随工作面推进后整个采场所对应的采动应力变化规律，从而为超前实施相关顶板灾害防治措施提供可靠有效的决策数据。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服目前已有技术存在的不足，提供一种安装方便、操作简单、传输可靠的采空区应力实时监测系统，同时在监测得到的采空区应力数据基础上提供一种覆岩破断判断方法。本发明为解决其技术问题所使用的技术方案是一种采空区应力实时监测系统，在采空区内按照一定间隔选择多个采空区断面，在选择的每个断面布置两个应力测点(I)，其中一个靠近巷道，另一个远离巷道靠近工作面中部，随着工作面往前推进，选择新的采空区断面，在相同位置布置两个应力测点(I);每个应力测点(I)处埋设一个液压枕(7)，液压枕(7)连接压力传感器(8)，压力传感器(8)与无线传感发射�？�(9)连接，将应力信号发射出去；在回采巷道中布置一个无线接收�？�(2)，无线接收�？�(2)连接电光转换�？�(3)，通过光纤(4)传输至地面，光纤信号通过光电转换�？�(5)转换成电信号后与监测主机(6)连接，在监测主机(6)上通过组态控制软件对采空区应力数据进行控制存储并实时在线显示，从而可以得到采空区应力的实时数据。所述的监测系统使用无线与有线通信相结合的传输方式，保证了信号传输的可靠性；所述的每个应力测点埋设一个液压枕，液压枕与压力传感器连接，采空区应力信号通过无线传感发射�？榻蟹⑸洌凰龅奈尴叻⑸淠？槭褂蔑绯毓┑绶绞剑牡停沙中ぷ魇奔涑ぃ凰龅奈尴呓邮漳？槟芄煌苯邮詹煽涨诓康亩嗦肺尴哂αΦ缧藕牛⒍悦恳宦酚απ藕沤形ㄒ坏募拇嫫鞯刂贩峙洌ü壕允灸？樵诰卵吩谙呦允荆凰龅牡绻庾荒？榻尴呓邮漳？榇涞牡缧藕抛怀晒庑藕牛ü鹿庀舜渲恋孛婕嗖庵行模凰龅墓獾缱荒？榻煽涨α庀诵藕抛怀傻缧藕藕笥爰嗖庵骰樱凰龅募嗖庵骰ü樘刂迫砑圆煽涨ακ萁锌刂拼娲⒉⑹凳痹谙呦允�。本发明的覆岩破断判断方法根据工作面地质信息，首先使用关键层理论判别工作面覆岩的关键层位置及其控制岩层(即被控制岩层)的厚度，从工作面向上将关键层分别编号为第I层关键层、第2
层关键层........第i层关键层........第η层关键层，其厚度分别记为hp h2........
比、......、hn,将第i层关键层的控制岩层编号为第i层被控制岩层，从第I层关键层向上
将被控制岩层分别编号为第I层被控制岩层、第2层被控制岩层........第i层被控制岩
层........第η层被控制岩层，其厚度分别记为氏、H2........Hi........Ηη；
运用理论计算方法可以计算出任意第i层关键层破断时采空区内的应力
为
权利要求
1.一种采空区应力实时监测系统，其特征在于在采空区内按照一定间隔选择多个采空区断面，在选择的每个断面布置两个应力测点(I)，其中一个靠近巷道，另一个远离巷道靠近工作面中部，随着工作面往前推进，选择新的采空区断面，在相同位置布置两个应力测点(I);每个应力测点(I)处埋设一个液压枕(7)，液压枕(7)连接压力传感器(8)，压力传感器(8)与无线传感发射�？�(9)连接，将应力信号发射出去；在回采巷道中布置一个无线接收�？�(2)，无线接收模块(2)连接电光转换模块(3)，通过光纤(4)传输至地面，光纤信号通过光电转换�？�(5)转换成电信号后与监测主机(6)连接，在监测主机(6)上通过组态控制软件对采空区应力数据进行控制存储并实时在线显示，从而可以得到采空区应力的实时数据。
2.根据权利要求I所述采空区应力实时监测系统的覆岩破断判断方法，其特征在于i.根据工作面(19)地质信息，首先使用关键层理论判别工作面覆岩的关键层位置及其控制岩层的厚度，从工作面(19)向上将关键层分别编号为第I层关键层(20)、第2层关键层(22)........第i层关键层(24)........第η层关键层(26)，其厚度分别记为hi> h2>.......h、.......hn,将第i层关键层的控制岩层编号为第i层被控制岩层，从第I层关键层向上将被控制岩层分别编号为第I层被控制岩层(21)、第2层被控制岩层(23)........第i层被控制岩层(25)........第η层被控制岩层(27)，其厚度分别记为 .运用理论计算方法可以计算出任意第i层关键层破断时采空区(18)内的应力为P尸 (Α+成)，式中，Y为岩层的容重； iii.根据采空区(18)内的应力测点(I)可以实时监测得到采空区内某个位置的应力P，对比实测的采空区应力P与理论计算的第i层、第i+Ι层关键层破断时采空区受到的应力Pi、Pi+1，若实测采空区应力P满足条件Pi彡P < Pi+1，则说明应力测点⑴处上方的第i层关键层(24)及第i层被控制岩层(25)破断。
全文摘要
本发明公开了一种采空区应力实时监测系统及覆岩破断判断方法，每个应力测点埋设一个液压枕并与压力传感器连接，将压力传感器与无线传感发射�？榱樱煽涨απ藕磐ü尴叽蟹⑸淠？榻蟹⑸洌诨夭上锏乐胁贾靡桓鑫尴呓邮漳？椋芄煌苯邮詹煽涨诜⑸涞亩嗦酚αξ尴叩缧藕牛尴呓邮漳？橛氲绻庾荒？榱樱绻庾荒？榻嗦酚αΦ缧藕抛晃庑藕牛ü庀舜渲恋孛妫庀诵藕磐ü獾缱荒？樽怀傻缧藕藕笥爰嗖庵骰樱诩嗖庵骰贤ü樘刂迫砑圆煽涨ακ萁锌刂拼娲⒉⑹凳痹谙呦允荆嗖獾玫降牟煽涨αχ涤肜砺奂扑愕挠αχ到卸员群笈卸嫌αΣ獾愦ι戏降母惭移贫衔恢�。
文档编号G01N33/24GK102928144SQ20121040841
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月14日 优先权日2012年10月14日
发明者谢建林, 许家林, 轩大洋, 朱卫兵, 王晓振 申请人:中国矿业大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
