一種煤層內部煤體蠕變的監測方法與流程
2023-05-18 21:08:06 5
本發明涉及煤礦監測技術領域，特別是涉及一種煤層內部煤體蠕變的監測方法。
背景技術：
煤礦的衝擊地壓災害和煤與瓦斯突出等災害從微觀層次分析，其原因之一是煤體在高應力作用下發生了應變或者蠕變。應力作用在煤體上必然引起蠕變，蠕變是幾何狀態變化的微觀體現，所以對於煤層內部煤體的蠕變監測就顯得尤為重要了。
2000年以後，我國煤炭行業進入高速發展階段，建立了完善的礦井監測監控系統，監測的參數包括了瓦斯濃度、瓦斯壓力、煤層應力、電磁輻射監測、微震監測等。現有的煤體蠕變監測技術，方法一，主要是通過巖石力學測試系統測試，此系統的缺點為只能在實驗室測試小的試件(如煤塊)，且工序繁瑣、成本高，屬於人為加載的被動測試；方法二，主要通應變傳感器測試，此方法確定為只能測試試件表面的蠕變、受溫度影響大、靈敏度低。查詢文獻，未查詢到在礦山行業監測煤層內部煤體蠕變的技術方法。
煤層內部煤體在地應力作用下發生蠕變是個動態過程，由於其發生在煤層內部，需要實時動態監測煤體蠕變變形量，取煤樣檢測並不方便，因此需要一種新的煤層內部煤體蠕變的監測方法。
技術實現要素：
本發明就是針對上述存在的缺陷而提供一種煤層內部煤體蠕變的監測方法。本發明通過振動器發射振動波的方式定位振動器坐標，從而能夠實時的監測煤層內部煤體的兩點之間的相對位置，計算隨著時間的變化，煤體的蠕變情況。本發明能夠實時監測、能夠監測煤體內部蠕變、不受溫度、溼度等環境影響。本發明技術可靠、方法簡單、操作方便。
本發明的一種煤層內部煤體蠕變的監測方法技術方案為，通過振動器發射振動波的方式定位振動器坐標，從而能夠實時的監測煤層內部煤體的兩點之間的相對位置，計算隨著時間的變化，煤體的蠕變情況。
所述的一種煤層內部煤體蠕變的監測方法，包括以下步驟：
(1)從巷道的其中一幫或兩幫上向煤體內打兩個鑽孔，然後向煤體內部安裝自振式振動器a和b，自振式振動器a和b分別由電纜與懸掛在巷道壁上的振動器控制器相連，控制器控制自振式振動器的起停；
(2)在鑽孔外側安裝封孔膠囊，注漿管穿過封孔膠囊，注漿泵通過注漿管向鑽孔內部注漿，充填鑽孔內部且保證一定強度，確保自振式振動器不發生絕對位移；
(3)將用於拾取自振式振動器發射出來的p波的拾振器固定在巷道壁上；
(4)分別開啟自振式振動器a和b，通過拾振器監測，記錄自振式振動器發射出的p波傳遞到拾振器的時間t；
(5)根據振動波定位原理，計算不同時間自振式振動器a和b的空間位置，根據位移差計算自振式振動器a和b之間煤體的蠕變。
所述的一種煤層內部煤體蠕變的監測方法，自振式振動器a和b發射的p波振幅不同。
步驟(2)中，注漿泵通過注漿管向鑽孔內部注漿，充填鑽孔內部，保證鑽孔內部強度不小於20mpa。
步驟(3)所述的拾振器不少於4個,分布於巷道壁的不同位置。
所述的一種煤層內部煤體蠕變的監測方法，振動波定位原理：
自振式振動器產生的振動波(p波)向四周傳遞，記錄不同的拾振器監測到振動波的時間，以四個拾振器為例，通過以下方程即可解出振動器的坐標：
式中：(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)—分別為各個拾振器的地理空間坐標，由地測人員通過儀器測定；
(x,y,z)—為自振式振動器的地理空間坐標，即以上方程組的解；
v—振動波在介質中傳遞速度，m/s，即以上方程組的解；
t—振動器振動時刻(震時)，國際標準時間，振動器可以記錄；
t1、t2、t3、t4—不同拾振器監測到振動波的時刻(到時)，國際標準時間，拾振器監測並記錄；
通過以上四個方程可以解出四個未知數，x、y、z、v的值，即可定位振動器的位置。
蠕變計算原理：
t＝0，自振式振動器a和b之間的距離為l：
任意t時刻，自振式振動器a和b之間的距離為lt：
則煤體蠕變：
通過計算不同時刻的振動器a和b之間的蠕變ξ，則可得煤體蠕變ξ與時間t之間的曲線關係，從而實現煤體的蠕變監測。
本發明的有益效果為：本發明通過振動器發射振動波的方式定位振動器坐標，從而能夠實時的監測煤層內部煤體的兩點之間的相對位置，計算隨著時間的變化，煤體的蠕變情況，不需要取煤樣即可測試煤層內部煤體的蠕變，屬於主動測試。本發明能夠實時動態監測、能夠監測煤體內部蠕變、不受溫度、溼度等環境影響。本發明技術可靠、方法簡單、操作方便。
附圖說明：
圖1所示為本發明實施例1裝置結構示意圖；
圖2所示為本發明實施例1巷道右幫拾振器分布示意圖；
圖中，1-巷道，2-控制器，3-封孔膠囊，4-封孔漿液，5-鑽孔，6-自振式振動器a，7-自振式振動器b，8-注漿泵，9-拾振器，10.巷道壁。
具體實施方式：
為了更好地理解本發明，下面用具體實例來詳細說明本發明的技術方案，但是本發明並不局限於此。
實施例1
所述的一種煤層內部煤體蠕變的監測方法，包括以下步驟：
(1)從巷道1的右幫上向煤體內打兩個鑽孔5，然後向煤體內部安裝自振式振動器a6和b7(南京航空航天大學研發的hev系列電磁振動器)，自振式振動器a6和b7分別由電纜與懸掛在巷道壁10上的振動器控制器2相連，控制器2控制自振式振動器的起停；如說明書附圖圖1所示，
(2)在鑽孔5外側安裝封孔膠囊3(zf-a22)，注漿管穿過封孔膠囊3，注漿泵8通過注漿管向鑽孔5內部注封孔漿液4，充填鑽孔5內部且保證強度不小於20mpa，確保自振式振動器不發生絕對位移；
(3)將用於拾取自振式振動器發射出來的p波的拾振器9(說明書附圖圖2中的1#、2#、3#、4#)固定在巷道左幫壁上；
(4)分別開啟自振式振動器a6和自振式振動器b7，通過拾振器9監測，記錄自振式振動器發射出的p波傳遞到拾振器9的時間t；
(5)根據振動波定位原理，計算不同時間自振式振動器a6和自振式振動器b7的空間位置，根據位移差計算自振式振動器a6和自振式振動器b7之間煤體的蠕變。
所述的一種煤層內部煤體蠕變的監測方法，自振式振動器a6和自振式振動器b7發射的p波振幅不同。
步驟(3)所述的拾振器9為4個,分布於巷道右幫巷道壁10的不同位置。
所述的一種煤層內部煤體蠕變的監測方法，振動波定位原理：自振式振動器產生的振動波(p波)向四周傳遞，記錄不同的拾振器9監測到振動波的時間，通過以下方程即可解出振動器的坐標：
式中：(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)—分別為各個拾振器9的地理空間坐標，由地測人員通過儀器測定；
(x,y,z)—為自振式振動器的地理空間坐標，即以上方程組的解；
v—振動波在介質中傳遞速度，m/s，即以上方程組的解；
t—振動器振動時刻(震時)，國際標準時間，振動器可以記錄；
t1、t2、t3、t4—不同拾振器9監測到振動波的時刻(到時)，國際標準時間，拾振器9監測並記錄；
通過以上四個方程可以解出四個未知數，x、y、z、v的值，即可定位自振式振動器的位置。
蠕變計算原理：
t＝0，自振式振動器a6和自振式振動器b7之間的距離為l：
任意t時刻，自振式振動器a6和自振式振動器b7之間的距離為lt：
則煤體蠕變：
通過計算不同時刻的自振式振動器a6和自振式振動器b7之間的蠕變ξ，則可得煤體蠕變ξ與時間t之間的曲線關係，從而實現煤體的蠕變監測。