专利名称：充填开采多信息动态监测方法
技术领域：
本发明涉及一种多信息动态监测方法，尤其是涉及一种3Sffl于奸石充填开采区域的充i真开采多 信息动态监测方法。 背景駄
充i真开采是乡tfe开采技术的主要lij^部分。我国是世界上少数几个能源以煤为主的国家之一， 是世界战大的職生产国和消费国，占一次能源消费量的7涨左右。煤炭资源开采导致了严重的 塌陷破坏和生态环境问题。激干石^^开采的主要废糊，駒干石从矿井下运输到地面不^t^ 矿^Ji升运力的紧张和浪费，駒干石在地面堆积潔响地面矸石Jt^区及其周围地面的生态环境，占 用大量土地和污染土壤。同时，傲干石大量的采出也it^^场空间的扩大，岩层移动和Jft^沉陷加 剧，对麟企雌成了一定的经济压力。
目前利用井下采空区处s^干石的充填凍^s术，既可以^wir固体废荆細瞰、又可以减
轻开采沉陷灾害、提離井资源回收率，是实iMT乡絶，的有 ^i径。但长期以来由 乏高 效、精确、全面的监测方法，尤其是拿不出有关充填开^X才地面沉陷控制作用的令人信服的证据， 使得駒干石充填开采技术—鼓法得到大面积推广应用。石干石形成了大量石干石升井占地微，不仅 igjW境污染，而_&3^]#&^塌陷，破坏生态环境和浪费"三下"呆滞资源的多重被动局面。为此， 急需一种充填开采多信息的动态监测方法。
发明内容
本发明的目的辭十对现有技术存在的问题，掛共一种充填瓶多信息动态监测方法，以解决充 填开采中多信息在线实时监测，及时了解充i真激果及M预计充填区J^tfe^沉陷瞎况。
本发明的充填开采多信m^态监测方法
包括由,鹏平台、判别平台、控制平台、存储平台、报,台、际平台、扩赚口",
连接的地面工作站，具体实施步骤如下
(1) 在繊中线{體^^场需要检测位置埋设垂直位移计，使垂直位移计上端与顶部锚杆相 连接，下端与底部S断相连接，弓1出垂直位移计 4纖线接至接线盒，以便條俞垂直位樹言号， 難；
(2) 在 ^线位置^^场需要检测的位置埋銜]^平位移计，銜iC平位移计两端分别与巷帮 謝立置的鹏目驗，引出水平位移繊纖娥至驗盒，以便^倫K平位樹言号，難；(3) 在^M板中点位置^^场需要检测位置的底板^m钢筋混&t7K^s座，在基座上设
置竖向压力计，弓l出竖向压力计的繊^l^接至驗盒，以便《彌竖向压力信号，i難；
(4) 在繊帮部腰线位置麟场需要检测的位置固定一块不镞鹏附及，在钢fei:设置横向压
力计，弓l出横向压力计的繊^^接至接线盒，以便^^横向压力信号，填埋；
(5) 在 ^板中点位置^^场需要检测位置的顶板^^钢筋混 ^￥^座，在基座上设 置水文^"测试仪，弓l出水文^^测试仪的娜^^接至接线盒，以便f^I7K位、水流、7k质、 水压信号，糊；
(6) 在^it顶板中点位置^^场需要检测位置的顶TO,断固定一i央不辦鹏附及，在钢fel: 设置瓦斯综合测试仪，弓l出瓦斯综合测试仪的娜傲毹戋接至接线盒，以便傲俞瓦斯浓度、C0浓 度、、鹏言号，填埋；
(7) ffilS测断面对应的帮部腰线位置沿与煤体職体垂筋向勉占一个孔，从孑诚往孔口方 向依次间隔设置多个传感器，弓l出多个传繊的繊^^与機盒相连；然后在该孔Pf逝再钻一 个与煤体離体垂直的孔，从子诚往孔口方向依次间隔方爐多个与多点位移计相连的卡爪，将多点 位移计机身固定在孔口，弓l出娜ftti^与機盒相连，以便^tf^^体内部不同位置的应力、 位移信号，土鹏
(8) 在^t顶板中点位置戯场需要检测位置的顶板钻孔，从 US往 L口方向依次间隔方爐
与顶板离层t^i十的卡爪，将顶板离尉旨私十主机固定在孔口，弓I出,傲俞线与J鐵澍目连，以 便微离层信号，離；
(9) 将采集至啲垂直位移、7jC平位移、竖向压力、横向压力、水位、水流、7K质、水压、瓦
斯浓度、co浓度、？鹏、煤^体内部不同位置的应力、位移、离层信号，经^^盒输出线相 连汇誠总线与多M^盒相连，再经多通機盒与井下通讯分站、战Iilim连接，将监测到的信
号实时动态输出到地面工作站。
有益效果采用竖向位移计和横向位移计分别监测围岩表面的垂直位移、水平位移与允imS 行比较；，架竖向压力计和横向压力计分别监测充填体内部的垂ffi力和水平压力，将监测i^ ffli!M讯设施实时fllf到l^处理模i央与有^a行比较，判断覆岩后期可能出现的最大变形、进 份也表沉陷郷预计和建(构)筑物破坏禾踱预测；翻7K文^^测说j^测充填区域的水位、水
流和水，情况，将监测I^Miiffi讯设施实时^ir到i^处理模:t據(岩)体的稳定amx寸应的 水位、水; *质的可育^#考€^行比较和^，超出国家规定的相，附艮警，！^水污染隋况
和基本治理措施；采用瓦斯综合测试TO测充填区域的 鹏、瓦斯浓度、C0浓度，将监测繊通
aa讯i，实时^t到i^处理模块与设定iiia行比较，判断充填区域瓦斯浓M限范围M其它 区域的影响，判断充填区鹏否出现自燃ma&a火区的范围，超出规定值日対艮警；采用钻 us力
4计监测围岩的内部应力，将监测麵fflM讯M实时4输到繊^S模块与设定働行比较，判
断煤体^体中的承i^亥区及分区S^^青况，判定支护参数的^S性和煤体^体的稳定性，超出
设定值附艮警畅；翻架设在煤体離体中的多点位移计监测围岩的内謝立移和离层情况，将监
领!i^aaa讯设施实时^iif到iag，模块与设定值进行比较，推断煤体^体中的离层情况和 松动圈的分布情况，为支护参数的优化设计掛赚据，超出设定值附艮警提示。ot于巷采奸石充
填开采、^^石干石充填瓶和长麟采矸石充填开采区域的多信息[^^ (垂直位移、7K平位移)、
岩体内部应力禾口' 、顶板离层量、石干石压缩量、矸石作用力、瓦斯浓度、 一氧化碳浓度、f鹏、 地下7K压力、水鹏度]动态监测，其方法简便，运行可靠，对于mr充i真开采技术，提高矿井资
源回收斜BM^环境污染具有重要的科^义和现实价值。
本发明按照《W^^夫艰呈》中有关规定布置^F个监测断面，在^h监测断面内设置竖向《立 移计、横向位移计、竖向压力计、横向压力计、zK文^^测试仪、瓦,膽合测试仪、钻孑US力计、 多点位移计^{专 1&; ^采集平台，具体实施步骤如下-
将竖向位移计架设在巷道中线位置鄉场需要检测的位置，上端与顶部锚杆ili^累^^接固 定，下端与底部^ffiiii4累総接固定，将竖向位移计的 #^线理顷并与挂在帮部的機盒连 接，然后用石拓填鹏向位移计；
将横向位移计架设在^IM线位置(顿场需要检测的位置)，两端分别与帮部相应位置的锚 杆31M^i^固定，将横向位移计的 #^理顷并与挂在帮部的機盒连接，然后用矸石填
埋横向位移计；
在# 板中点位置^^场需要检测位置的底板織高200raraX 1000鹏X 1000咖的钢筋源疑 ±7_1^*座，将竖向压力计用螺栓固定在基座中央；将竖向压力计的 ^^理顿并与挂在帮部 的機盒连接，然后用矸石±離竖向压力计；
在,帮部腰线位置^^场需要检测的位gffl锚杆固定一i央厚50mX1000咖XIOOO咖的不 辦鹏闪板，将横向压力计用螺栓固定在钢板中央；将横向压力计的 #^理顿并与挂在帮部的 擦戋盒雜，然后用奸石^i横向压力计；
在#1^板中点4體^^场需要检测位置的顶板浇筑高200nmX 1000咖X 1000 ran的钢筋源疑 ±7乂￥ 座，将水文^^测说細螺栓固定在基座中央；将水文徵测试仪的繊f^^戋理顿并与 挂在帮部的S^盒连接，然后用矸石i,7j^文^测试仪；
在^t顶板中点位置^^场需要检测位置的顶板用锚杆固定一i央厚20mmX300咖X300 mm的 不4辩鹏H板，将瓦lf ^^测试CT螺栓固定在钢板中央；将瓦Kf^测试仪的im傲l^理顿并与 挂在帮部的,盒,，然后用奸石填埋瓦S^测试仪；用防驗战几在帮部腰线feS煤体離体中钻孔，孑W5 42咖，孔深12000mm;从孔底往孔口方向 依次每隔2000mm固定方燈钻孑US力计的一个传感器，敏L6个传感器；封孔后，)I辨战US力计的 #1^理顿并与挂在帮部的機盒驗，然后用奸石t離钻 US力计外露部件；
在帮部腰线位置煤体或岩体钻孔附近再钻一个与煤体或岩体垂直的孔，，？L径28rai，孔深 12000mra;从 戚往 L口方向依次每隔2000mm固定方燈多点位移计的一付爪，敏L6付爪；将 多点位移计主机固定在 L口，珊l,fm^并与挂在帮部的麟盒连接，然后用奸石±真埋多点位 移计外露部件；
在髓顶板中点位置棘场需要检测位置的顶板用防激占机钻孔，孑L径28咖，孔深4000nm; 从孑戚往孔口方向依次每隔2000ram固定M顶板离层t标计的一W爪，每孔2l^爪；将顶板 离层t^i十主机固定在孔口，娜顷娜f^J线并与挂在帮部的驗盒雜，然后用奸石i離顶板离 层指甜外露部件；
将釆集至啲竖向位移、横向位移、竖向压力、横向压力、水位、水流、7jC质、水压、瓦斯浓度、 CO浓度、温度、煤(岩)体内部不同位置的应力、煤(岩)体内部不同位置的位移等信号， 由分翻线、機盒、总线、多通接线盒、井下通讯分站(配置本安电源)、井下通讯主站组成的 繊傲俞平台，将监测到的信号实时动态地输出至哋面井±1作站，i!3l软4彌作实现充填开采多 信息动态监测。
由繊^ta平台、判别平台、控制平台、存储平台、报警平台、际平台、扩展接口mm连接
的地面工作站， 处理平台通过|^#^平台与 采集平台对接，对幅啲信，行处哩，绘 诺财^i&测量随时间变化的^^曲线，分离鹏取有對寺隨作为特征参数，输出至P捌平台；
控制平台iffii关^m體菊空制齡系统的工作，包括传離的采样频率、采样时间、采样
长度、繊平台的#|^體、存储平台的参数设置、判另'评台的#^體、报警平台的織设置、 H/示平台的参数设置；
判别平台接鼓'J娜处理平台^f彌的信号后，舰比较囀征参数与预置判定参数，得出判定结
果，同时，判别平台还包括系统自身的故障检测功能，用于判断系縱生柳章的设备、^as原因，
判别平台和控制平台的输出端貌报警平台、提示平台和扩展接口；报警平台在出S^统故 P對口樹则信号超限时自辦艮警；同时，m^平台釤合出故障原因和处鹏施；扩赚口包括4孫统 与矿调縣统相连的人机接口、与矿闭路电Wf目连的接口及与远程局(集团)调度中心通讯的总线 接口，制錢统与局域网相连，成为矿区检测网的一个单元。
权利要求
1. 一种充填开采多信息动态监测方法，包括由数据处理平台、判别平台、控制平台、存储平台、报警平台、提示平台、扩展接口顺序连接的地面工作站，其特征在于(1)在巷道中线位置或采场需要检测位置埋设垂直位移计，使垂直位移计上端与顶部锚杆相连接，下端与底部锚杆相连接，引出垂直位移计数据传输线接至接线盒，以便传输垂直位移信号，填埋；(2)在巷道腰线位置或采场需要检测的位置埋设水平位移计，使水平位移计两端分别与巷帮部位置的锚杆相连接，引出水平位移数据传输线接至接线盒，以便传输水平位移信号，填埋；(3)在巷道底板中点位置或采场需要检测位置的底板浇筑钢筋混凝土水平基座，在基座上设置竖向压力计，引出竖向压力计的数据传输线接至接线盒，以便传输竖向压力信号，填埋；(4)在巷道帮部腰线位置或采场需要检测的位置固定一块不锈钢钢板，在钢板上设置横向压力计，引出横向压力计的数据传输线接至接线盒，以便传输横向压力信号，填埋；(5)在巷道底板中点位置或采场需要检测位置的顶板浇筑钢筋混凝土水平基座，在基座上设置水文综合测试仪，引出水文综合测试仪的数据传输线接至接线盒，以便传输水位、水流、水质、水压信号，填埋；(6)在巷道顶板中点位置或采场需要检测位置的顶板用锚杆固定一块不锈钢钢板，在钢板上设置瓦斯综合测试仪，引出瓦斯综合测试仪的数据传输线接至接线盒，以便传输瓦斯浓度、CO浓度、温度信号，填埋；(7)在监测断面对应的帮部腰线位置沿与煤体或岩体垂直方向先钻一个孔，从孔底往孔口方向依次间隔设置钻孔应力计的多个传感器，引出多个传感器的数据传输线与接线盒相连；然后在该孔附近再钻一个与煤体或岩体垂直的孔，从孔底往孔口方向依次间隔放置多个与多点位移计相连的卡爪，将多点位移计机身固定在孔口，引出数据传输线与接线盒相连，以便传输煤或岩体内部不同位置的应力、位移信号，填埋；(8)在巷道顶板中点位置或采场需要检测位置的顶板钻孔，从孔底往孔口方向依次间隔放置与顶板离层指示计的卡爪，将顶板离层指示计主机固定在孔口，引出数据传输线与接线盒相连，以便传输离层信号，填埋；(9)将采集到的垂直位移、水平位移、竖向压力、横向压力、水位、水流、水质、水压、瓦斯浓度、CO浓度、温度、煤或岩体内部不同位置的应力、位移、离层信号，经各接线盒输出线相连汇集成总线与多通接线盒相连，再经多通接线盒与井下通讯分站、主站顺序连接，将监测到的信号实时动态输出到地面工作站。
全文摘要
一种充填开采多信息动态监测方法，适用于矸石充填开采区域的充填开采多信息的动态监测，在监测断面的采空空间范围内布置垂直位移计、水平位移计、竖向压力计、横向压力计、水文综合测试仪、瓦斯综合测试仪；在对应帮部腰线位置垂直表面方向钻孔布置钻孔应力计、多点位移计，顶部垂直表面方向钻孔布置离层指示计；通过采集垂直位移、水平位移、竖向压力、横向压力、水位、水流、水质、水压、瓦斯浓度、CO浓度、温度、煤或岩体内部不同位置的应力、位移、离层信号，经各接线盒输出线相连汇集成总线与多通接线盒相连，再将多通接线盒与井下通讯分站、主站顺序连接，将监测到的信号实时动态输出到地面工作站，实现充填开采多信息动态监测。
文档编号E21C39/00GK101519963SQ20091002961
公开日2009年9月2日 申请日期2009年3月28日 优先权日2009年3月28日
发明者帆 张, 缪协兴, 马占国 申请人:中国矿业大学