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危害。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)与无线传感发射模块(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模块(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模块(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模块进行发射；所述的无线发射模块使用锂电池供电方式，功耗低，可持续工作时间长；所述的无线接收模块能够同时接收采空区内部的多路无线应力电信号，并对每一路应力信号进行唯一的寄存器地址分配，通过液晶显示模块在井下循环在线显示；所述的电光转换模块将无线接收模块传输的电信号转换成光信号，通过井下光纤传输至地面监测中心；所述的光电转换模块将采空区应力光纤信号转换成电信号后与监测主机连接；所述的监测主机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。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)与无线传感发射模块(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模块(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模块(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模块连接，采空区应力信号通过无线传感发射模块进行发射，在回采巷道中布置一个无线接收模块，能够同时接收采空区内发射的多路应力无线电信号，将无线接收模块与电光转换模块连接，电光转换模块将多路应力电信号转换为光信号，通过光纤传输至地面，光纤信号通过光电转换模块转换成电信号后与监测主机连接，在监测主机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，将监测得到的采空区应力值与理论计算的应力值进行对比后判断应力测点处上方的覆岩破断位置。
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