採空區堅硬頂板的遙測預報方法
2023-11-05 06:06:52 2
專利名稱：採空區堅硬頂板的遙測預報方法
技術領域：
本發明屬於煤礦開採技術領域，尤其是煤礦回採工作面頂板冒落的監測。
背景技術：
在煤礦開採中，當頂板懸露到一定的面積時，頂板就要冒落。當頂板冒落時將對維持回採工作面安全空間的支架或支柱造成衝擊。頂板越堅硬，對支架或支柱的衝擊損害就越大，有時會砸垮或推垮回採工作面支架或支柱，造成人員的傷亡。通常，最危險的頂板厚度為下部3～5米的直接頂，當其大面積冒落時的危害極大。
對於回採工作面頂板冒落的監測預報，通常有如下三種方式一是沿著回採工作面傾斜方向每隔10～30米，設一條測線，人工觀測支柱工作阻力和活柱縮量變化，來推斷頂板是否將要冒落；二是在迴風巷(或上順槽)和下運輸巷(或下順槽)內每隔3～5米等間距布置頂板下沉測點和超前支柱工作阻力測點，通過各測點的頂板下沉量(或下沉速度)和支柱工作阻力變化來推斷採空區頂板是否將要冒落；三是在迴風巷(或上順槽)和下運輸巷(或下順槽)煤體或頂板內每隔20～30米安設微地震或聲發射探頭進行聲波探測，來推斷頂板是否將要冒落。對於上述第一種、第二種方法而言，各測點處頂板下沉量和支柱縮量的大小將與該地點支柱支護質量有很大關係，同時人工讀數誤差較大，容易造成頂板冒落的誤報；對於第三種方法而言，由於頂板本身沉積構造的複雜性，眾多裂紋擴展形態及同時擴展時所產生的聲波信號極為複雜，很難獲得頂板破裂位置與聲波之間一一對應關係，成為目前還無法解決的難題，利用聲波進行頂板冒落預報還不能滿足工程要求。特別是對于堅硬頂板而言，屬於未空區大範圍易落，用上述方法很難準確地預報，極易發生事故。
目前有用離層監測傳感器檢測迴風巷(或上順槽)和下運輸巷(或下順槽)內錨杆支護頂板的離層情況，但還沒有用於回採工作面採空區大範圍頂板冒落的監測預報中。
發明內容
本發明的目的是針對上述頂板冒落預報方法的不足，提出一種用離層檢測儀進行堅硬頂板冒落時的遙測預報方法。
本發明的技術方案是一、在回採工作面內打孔在回採工作面內靠近後排支柱部位，每間隔15-25米，用鑽機向頂板內打一排鑽孔。
二、鑽孔內安設遙測離層傳感器在工作面鑽好的孔中，安設遙測離層傳感器，每一傳感器的四個感應點分布在孔底基準點、深部測點、淺部測點和表面基準點，遙測傳感器將位移信號轉換成電磁信號，通過屏蔽電纜線傳輸到迴風巷(或上順槽)和下運輸巷(或下順槽)內的分機中。為了防止採空區內局部頂板冒落把電纜線砸壞，用強度高、韌性好的PVC管套裝。
三、工作面每推進15-20米，重複上述一、二步驟，隨著工作面的推進，在採空區內形成(15-20)*(15-20)米的遙測監測網點。
四、頂板離層監測數據傳輸、處理與預警首先由計算機主機按照預定設置好的採集信號時間間隔，向各離層傳感器傳送採集信號指令；當各離層傳感器接到採集信號命令時，對各測點的位移信號進行採集並將位移信號轉換成電磁信號傳輸到地面主機；地面主機將電磁信號轉換成位移信號，並處理成各測點的離層速度；當離層速度大於頂板冒落的離層預警閾值時，地面主機和井下分機同時自動報警，預報出頂板的冒落厚度及地點。
本發明的積極效果是一、採空區內頂板離層是頂板冒落的最為直接前兆，因此通過離層監測來預報頂板冒落，其準確率100％，這樣為堅硬頂板條件下煤層的安全開採，提供了安全保障。
二、對採空區內頂板離層進行實時遙測，可以避免人工讀數帶來的誤差和其它人為不準確數據，使得監測數據最為可靠。
三、採用離層速度作為預警指標，這樣可以避免像脆性砂巖與延性大的石灰巖頂板冒落時閾值差異較大的弊端，便於實現對於不同類型頂板由計算機自動預警的實現。
經在現場12次試驗表明，對堅硬頂板冒落預報準確率100％，對保障安全開採起到至關重要作用。
圖1為回採工作面及採空區遙測離層傳感器布置平面圖，圖2是離層傳感器安裝剖面示意圖，圖3是遙測預報系統構成示意圖。
圖例說明1-下運輸巷，2-迴風巷，3a-迴風巷分機，3b-下運輸巷分機，4a-屏蔽電纜，4b-屏蔽電纜，5-工作面，6-鉸接頂梁，7-鑽孔，8-鑽孔，9-冒落矸石，10-離層傳感器，11-孔底基準點，12-深部測點，13-淺部測點，14-頂板；15-普通載波電纜，16-主機，17-計算機，18-印表機。
下面結合
本發明的實施例。
一、如圖1所示，隨著工作面5煤層開採的進行，在靠近工作面5後排支柱處，沿著工作面5傾斜方向每間距20米向頂板14打一排鑽孔7，鑽孔深度超過堅硬頂板厚度，再如圖2所示，安設離層傳感器10，離層傳感器10的四個感應點分布在孔底基準點11、深部12測點、淺部測點13和孔口表面，根據頂板巖層分層的差異決定深部測點12、淺部測點13的位置。
工作面5每推進20米，打一排鑽孔8如前所述安設離層傳感器10。
二、如圖1所示，將工作面5上半部離層傳感器的屏蔽電纜4a連接到工作面5迴風巷分機3a；將工作面5下半部離層傳感器的屏蔽電纜4b連接到工作面5下運輸巷分機3b。
三、如圖3所示，將工作面5迴風巷分機3a和工作面5下運輸巷分機3b通過普通載波電纜15與地面主機16相聯接，然後地面主機16與計算機17、印表機18相連接。
四、基於離層預報頂板冒落的過程為首先由主機16按照預定設置好的採集信號時間間隔，通過普通載波電纜15向分機3a、3b下達採集信號的指令，由分機3a、3b進一步通過屏蔽電纜4a、4b向各離層傳感器10傳送採集信號指令。當各離層傳感器10接到採集信號命令時，對深部測點12、淺部測點13的位移信號進行採集將位移信號轉換成電磁信號，並進一步通過分機3a、3b由普通載波電纜15傳輸到地面主機16。電磁信號由主機16進一步轉換成位移信號。然後由計算機17根據內存的電腦程式對各離層傳感器10所採集的不同深度測點的位移信號進行處理，自動轉換成深部測點12和淺部測點13的離層速度。當離層速度大於頂板冒落的離層預警閾值時，地面主機16和井下分機3同時自動報警，預報出頂板14的冒落厚度及地點。
本方案對堅硬頂板條件最為有效，對於隨採隨冒破碎頂板不適宜。
權利要求
1.一種採空區堅硬頂板的遙測預報方法，它包括以下步驟(一)在回採工作面內靠近後排支柱部位，每間隔15-25米，用鑽機向頂板內打一排鑽孔；(二)在鑽好的孔中，安設遙測離層傳感器，每一傳感器的四個感應點分布在孔底基準點、深部基準點、淺部基準點和表面基準點，遙測傳感器通過屏蔽電纜線連接到迴風巷和下運輸巷內的分機中，各分機通過載波電纜連接到地面控制的主機和計算機上；(三)工作面每推進15-20米，重複上述(一)、(二)步驟，隨著工作面的推進，在採空區內形成(15-20)*(15-20)米的遙測監測網點；(四)計算機主機按照預定設置好的採集信號時間間隔，向各離層傳感器傳送採集信號指令，當各離層傳感器接到採集信號命令時，對各測點的位移信號進行採集並將位移信號轉換成電磁信號傳輸到地面主機，地面主機將電磁信號轉換成位移信號，並處理成各測點的離層速度；當離層速度大於頂板冒落的離層預警閾值時，地面主機和井下分機同時自動報警，預報出頂板的冒落厚度及地點。
全文摘要
本發明公開了一種採空區堅硬頂板的遙測預報方法，它包括在回採工作面內靠近後排支柱部位，每間隔15－25米向頂板內打一排鑽孔；然後安設遙測離層傳感器，傳感器與迴風巷和下運輸巷內的分機連接，各分機與地面控制的主機和計算機連接；工作面每推進15－20米，重複上述步驟，這樣在採空區內形成了一個遙測監測網點；計算機主機將採集後的信號處理成各測點的離層速度，當某一傳感器所顯示的離層值超過閾值時，地面計算機和井下分機將同時發出頂板冒落報警信號。對採空區內頂板離層進行實時遙測，避免了人工讀數帶來的誤差以及閾值差異較大的弊端，實現對於不同類型頂板由計算機自動預警的目的。
文檔編號E21F17/00GK1834405SQ20061004365
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月13日 優先權日2006年4月13日
發明者譚雲亮, 何孔翔, 閆相宏, 馬植勝 申請人:山東科技大學