一种煤矿大巷区域冲击地压多参量监测装置及方法与流程

本发明属于煤矿安全监测技术领域，特别涉及一种煤矿大巷区域冲击地压多参量监测装置及方法。

背景技术：

冲击地压是深部煤矿开采面临的一种严重的动力灾害，易造成人员的伤亡和巷道、设备的破坏等；冲击地压防治涉及到冲击地压分类、冲击危险性评价、卸压解危、冲击危险性监测、解危效果检验、冲击危险区支护、物料与人员管理等多个环节；其中，冲击危险性监测是防治冲击地压灾害发生的关键环节。

为监测冲击危险性，冲击地压矿井主要采用微震监测法进行区域监测，采用应力监测法、钻屑法、电磁辐射法等进行局部监测；微震监测法可对微震信号进行远距离、实时、动态监测，并可确定微震事件发生的时间、能量和位置，而分析人员可通过分析微震事件分布特征和变化规律判断冲击危险性；应力监测法是通过在煤层钻孔内布置应力传感器实时监测煤层应力变化，进而根据煤层应力变化判断冲击危险性；钻屑法是根据打钻过程中记录的每米钻进时煤粉量和动力效应判断冲击危险性，其原理是钻进时排出的煤粉量和动力效应与煤层应力状态具有一定的对应关系；电磁辐射法是根据煤层电磁辐射强度变化确定煤层应力变化，进而判断冲击危险性；可见，冲击危险性监测常用的钻屑法、电磁辐射法属于间接式的应力监测法；然而针对某一区域选择何种监测方法，取决于该区域可能发生的冲击地压类型；根据控制冲击地压的力源或物理量，可将冲击地压分为动载控制型、应力控制型和应变控制型；其中，微震监测法适用于动载控制型冲击地压危险性监测；应力监测法、钻屑法、电磁辐射法适用于应力控制型冲击地压危险性监测；应变控制型冲击地压危险性监测需要用钻孔形变监测法。

煤矿大巷区域一般距采空区较远，顶板破断、断层活化等产生的动载一般传递不到大巷区域，不易发生动载控制型冲击地压；但煤矿大巷区域易发生应力控制型冲击地压和应变控制型冲击地压；因此，以往的应力监测法、钻屑法、电磁辐射法及微地震监测法均不能有效的监测大巷区域的冲击地压。

技术实现要素：

为解决上述方法中存在的不全面、不准确等技术缺陷，本发明属于煤矿安全监测及预警设备，特别涉及一种煤矿大巷区域冲击地压多参量监测装置及方法；

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：监测装置包括钻孔应力监测装置、钻孔形变监测装置、若干监测子站、一监测总站和一地面终端；所述钻孔应力监测装置一端设置在巷道其中一帮的应力监测钻孔内，另一端固定在巷道顶板，两端通过导液管连接；所述钻孔形变监测装置一端设置在巷道其中一帮的形变监测钻孔内，另一端固定在巷道顶板，两端通过导液管连接；所述钻孔应力监测装置实时监测钻孔钻孔应力信号，并通过电缆传输到就近的监测子站；所述钻孔形变监测装置实时监测钻孔形变信号，并通过电缆传输到就近的监测子站；所述各监测子站通过光纤将监测信号传输到监测总站；所述监测总站通过环网将所有监测信号传输到地面终端。

所述钻孔应力监测装置包括一端安设在所述应力监测钻孔内的钻孔应力传感器，另一端固定在巷道帮部的压力变送器；每一所述压力变送器一端与三通阀通过螺纹连接，所述三通阀与所述钻孔应力传感器之间通过所述导液管连接，所述压力变送器另一端通过电缆与所述就近的监测子站连接，每一所述应力监测钻孔内都设置一个所述钻孔应力传感器，所述导液管与所述钻孔应力传感器相通。

所述钻孔形变监测装置包括一端安设在所述形变监测钻孔内的钻孔形变传感器；所述钻孔形变监测装置另一端固定在巷道帮部，包括不锈钢量筒和压力变送器，所述不锈钢量筒用于容纳所述钻孔形变传感器中溢出的液体；每一所述钻孔内都设置一个所述钻孔形变传感器，每一所述钻孔形变传感器都连接一个所述不锈钢量筒，每一所述不锈钢量筒都连接一个所述的压力变送器，用于接收所述钻孔形变信号，每一所述压力变送器一端与不锈钢量筒连接，另一端通过电缆与所述就近的监测子站连接，每一所述的钻孔形变传感器与每一所述的不锈钢量筒中间通过导液管连接。

所述应力监测钻孔设置在所述煤矿大巷的一帮内，钻孔直径42mm，钻孔深9m，相邻钻孔之间距离30～50m。

所述形变监测钻孔设置在所述煤矿大巷的一帮内，钻孔直径150mm，钻孔深8m，相邻钻孔之间距离30～50m。

所述应力监测钻孔与所述形变监测钻孔相连，所述应力监测钻孔在所述形变监测钻孔基础上继续深入挖设1m，其中所述应力监测钻孔与所述形变监测钻孔中心位置为同一个圆心。

所述监测装置通过电缆与所述就近监测子站连接，所述各监测子站通过光纤与所述监测总站连接。

所述所有监测子站和所述所有监测总站均安置于井下。

所述钻孔应力监测装置中的所述钻孔应力传感器放置在所述应力监测钻孔最深位置，所述钻孔形变监测装置中的所述钻孔形变传感器放置在所述形变监测钻孔中间位置。

所述钻孔应力传感器包括上下两块不锈钢薄板和中间位置的油囊；所述钻孔应力传感器宽度为0.036m，长度0.5m，所述上下两块不锈钢薄板厚度0.03m，长度0.5m，宽度0.042m。

所述钻孔形变传感器宽度为0.15m，长度2m。

所述钻孔应力监测装置中的所述钻孔应力传感器放入所述应力监测钻孔后，通过所述三通阀向所述钻孔应力传感器中注入适当的液体，使其内部压力达到5mp，受采动过程及地层运动的影响，钻孔内围岩应力逐渐集中迫使岩体冲击倾向性加剧，钻孔应力传感器在监测过程中，所述上下两块不锈钢薄板受钻孔应力作用挤压所述油囊，所述钻孔应力传感器在挤压作用下，内部所述液体进入所述导液管，产生压强，所述压力变送器接收信号，通过所述电缆将信号传输到所述就近监测子站。

所述钻孔形变监测装置中的所述钻孔形变传感器放入所述形变监测钻孔后，注满液体，监测过程中所述钻孔由于采动影响发生变形，挤压所述钻孔形变传感器，所述钻孔形变传感器里的液体通过所述导液管流入所述不锈钢量筒，通过所述压力变送器接收钻孔形变信号，通过所述电缆将信号传输到所述就近监测子站。

所述的不锈钢量筒设计为两端开孔，直径0.2m，高0.5m的圆筒，所述不锈钢量筒两端分别与所述导液管和所述压力变送器连接。

一种煤矿大巷区域冲击地压多参量监测方法，包括钻孔应力监测和钻孔形变监测，

其中：钻孔应力监测包括：

步骤1：根据矿井地质条件及矿山开采情况确定监测范围及大巷区域，在大巷两帮间隔30～50m交错布置测点，根据所布测点挖设钻孔，首先，利用打钻机挖设形变监测钻孔，其尺寸大小为：钻孔直径0.15m，钻孔深8m；其次，在形变监测钻孔的基础上深入挖设应力监测钻孔，其尺寸大小为：钻孔直径0.15m，钻孔深8m；两个钻孔中心位置为同一圆心；其中，在大巷两帮布置测点的目的在于形成空间结构，对整条大巷空间位置进行全方位监测；

步骤2：在应力监测钻孔最深处位置安设钻孔应力传感器，打开与钻孔应力传感器相连的三通阀向钻孔应力传感器中注入适量液体，保证钻孔应力传感器中额定压强达5mp，拧紧三通阀，使钻孔应力传感器内部处于封闭状态；

步骤3:利用导液管将钻孔应力传感器与压力变送器连接，连接过程中确保导液管一端与钻孔应力监测装置中的钻孔应力传感器相通，以便钻孔应力传感器中的液体流入导液管，导液管另一端与压力变送器相连，但是液体不能进入压力变送器，只能与压力变送器表面相接触，接收压强信号；

步骤4：受地形变化和采动影响，钻孔应力逐渐集中迫使岩体有冲击倾向性，钻孔应力传感器在监测过程中，上下两块不锈钢薄板受钻孔应力作用挤压钻孔应力传感器，钻孔应力传感器在挤压作用下，内部液体进入导液管，产生压强，压力变送器与导液管相连一端接收压强信号，压力变送器将压强信号转换为电信号，通过电缆将信号传输到所述就近监测子站；

步骤5：各监测子站通过光纤与监测总站相连接，监测子站所有监测信号都传输到监测总站，由监测总站通过环网传输到地面终端；

钻孔形变监测包括：

步骤1：根据布测点挖设形变监测钻孔；

步骤2：在形变监测钻孔中间位置安设钻孔形变传感器，向钻孔形变传感器中注满液体，保证钻孔形变传感器中达到足够压强，使钻孔形变传感器内部处于封闭状态；

步骤3：利用导液管将钻孔形变传感器与不锈钢量筒连接，连接过程中确保导液管一端与钻孔形变传感器相通，另一端与不锈钢量筒相通，以便钻孔形变传感器中的液体通过导液管进入不锈钢量筒，但是液体不能进入压力变送器，只能与其表面相接触，接收压强信号；

步骤4：受地形变化和采动影响，巷道发生变形导致形变监测钻孔变形挤压钻孔形变传感器，钻孔形变传感器在挤压作用下，内部液体通过导液管进入不锈钢量筒，产生压强，压力变送器与不锈钢量筒连接一端接收压强信号，压力变送器将压强信号转换为电信号，通过电缆将信号传输到所述就近监测子站；

步骤5：各监测子站通过光纤与监测总站相连接，监测子站所有监测信号都传输到监测总站，由监测总站通过环网传输到地面终端。

本发明由于采取了以上技术方案，具有以下优点：1、本发明由于采用大巷两帮交错设置钻孔，且钻孔间隔30～50m，钻孔深达8m，实现了煤矿大巷区域冲击地压多测点监测；2、本发明由于采用在每个钻孔内设置一个钻孔应力传感器和一个钻孔形变传感器，通过传感器将接收到的振动波、声波等信号转换为电信号，实现了煤矿大巷区域冲击地压多参量实时动态监测；3、本发明由于采用电缆将传感器接收到的信号传输到就近监测子站，信号传送及时、准确；4、本发明由于采用光纤将各监测子站信号传送到监测总站，监测总站的信号通过环网传送到地面终端，使得地面终端能够根据更准确、更科学、更迅速的对监测信号进行分析以及冲击地压危险性咸亨度进行评估；因此，本发明可以广泛应用于煤矿大巷区域冲击地压的预测预报。

附图说明

图1是冲击地压多参量监测系统网络拓扑图；

图2是冲击地压多参量监测系统局部放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种煤矿大巷区域冲击地压多参量监测装置包括钻孔应力监测装置1、钻孔形变监测装置2、若干监测子站3、一监测总站4和一地面终端5；钻孔应力监测装置1一端设置在巷道其中一帮挖设的应力监测钻孔6内，另一端固定在巷道帮部，两端通过导液管7连接；钻孔形变监测装置2一端设置在巷道其中一帮的形变监测钻孔8内，另一端固定在巷道帮部，两端通过导液管7连接；钻孔应力监测装置1实时监测应力监测钻孔6钻孔应力信号，并通过电缆9传输到就近的监测子站3；钻孔形变监测装置2实时监测形变监测钻孔8钻孔形变信号，并通过电缆9传输到就近的监测子站3；各监测子站3通过光纤10将监测信号传输到监测总站4；监测总站4通过环网11将所有监测信号传输到地面终端5。

钻孔应力监测装置1包括一端安设在所述应力监测钻孔6内的钻孔应力传感器12，另一端固定在巷道帮部的压力变送器13；每一所述压力变送器13一端与三通阀14通过螺纹连接，所述三通阀14与所述钻孔应力传感器12之间通过所述导液管7连接，所述压力变送器13另一端通过所述电缆9与所述就近的监测子站3连接，每一所述应力监测钻孔6内都设置一个所述钻孔应力传感器12，所述导液管7与所述钻孔应力传感器12相通。

钻孔形变监测装置2包括一端安设在所述形变监测钻孔8内的钻孔形变传感器15；所述钻孔形变监测装置2另一端固定在巷道帮部，包括不锈钢量筒16和压力变送器13，所述不锈钢量筒16用于容纳所述钻孔形变传感器15中溢出的液体；每一所述形变监测钻孔8内都设置一个所述钻孔形变传感器15，每一所述钻孔形变传感器15都连接一个所述不锈钢量筒16，每一所述不锈钢量筒16都连接一个所述的压力变送器13，用于接收所述形变监测钻孔8形变信号，每一所述压力变送器13一端与不锈钢量筒16连接，另一端通过所述电缆9与所述就近的监测子站3连接，每一所述的钻孔形变传感器15与每一所述的不锈钢量筒16中间通过所述导液管7连接。

上述实例中，应力监测钻孔6设置在煤矿大巷的一帮内，钻孔直径0.42m，钻孔深9m，相邻钻孔之间距离30～50m。

上述实例中，形变监测钻孔8设置在煤矿大巷的一帮内，钻孔直径1.5m，钻孔深8m，相邻钻孔之间距离30～50m。

上述实例中，应力监测钻孔6与形变监测钻孔8相连，应力监测钻孔6在形变监测钻孔8基础上继续深入挖设应力监测钻孔6，其中应力监测钻孔6与形变监测钻孔8中心位置为同一个圆心。

上述实例中，监测装置通过电缆9与就近监测子站3连接，各监测子站3通过光纤10与监测总站4连接。

上述实例中，所有监测子站3和所有监测总站4均安置于井下。

上述实例中，钻孔应力监测装置1中的钻孔应力传感器12放置在所述应力监测钻孔7最深位置，钻孔形变监测装置2中的所述钻孔形变传感器15放置在所述形变监测钻孔8中间位置。

上述实例中，钻孔应力传感器12宽度为0.36m，长度0.5m，上下两块不锈钢薄板17厚度0.3m，长度0.5m，宽度0.42m。

上述实例中，钻孔形变传感器15宽度为1.5m，长度2m。

一种煤矿大巷区域冲击地压多参量监测方法，包括钻孔应力监测和钻孔形变监测，

其中：钻孔应力监测包括：

步骤1：根据矿井地质条件及矿山开采情况确定监测范围及大巷区域，在大巷两帮间隔30～50m交错布置测点，根据所布测点挖设钻孔，首先，利用打钻机挖设形变监测钻孔8，其尺寸大小为：钻孔直径1.5m，钻孔深8m；其次，在形变监测钻孔8的基础上深入挖设应力监测钻孔6，其尺寸大小为：钻孔直径1.5m，钻孔深8m；两个钻孔中心位置为同一圆心；其中，在大巷两帮布置测点的目的在于形成空间结构，对整条大巷空间位置进行全方位监测；

步骤2：在应力监测钻孔6最深处位置安设钻孔应力传感器12，打开与钻孔应力传感器12相连的三通阀14向钻孔应力传感器12中注入适量液体，保证钻孔应力传感器12中额定压强达5mp，拧紧三通阀14，使钻孔应力传感器12内部处于封闭状态；

步骤3:利用导液管7将钻孔应力传感器12与压力变送器13连接，连接过程中确保导液管7一端与钻孔应力监测装置1中的钻孔应力传感器12相通，以便钻孔应力传感器12中的液体流入导液管7，导液管7另一端与压力变送器13相连，但是液体不能进入压力变送器13，只能与压力变送器13表面相接触，接收压强信号；

步骤4：受地形变化和采动影响，钻孔应力逐渐集中迫使岩体有冲击倾向性，钻孔应力传感器12在监测过程中，上下两块不锈钢薄板17受钻孔应力作用挤压钻孔应力传感器12，钻孔应力传感器12在挤压作用下，内部液体进入导液管7，产生压强，压力变送器13与导液管7相连一端接收压强信号，压力变送器13将压强信号转换为电信号，通过电缆9将信号传输到所述就近监测子站3；

步骤5：各监测子站3通过光纤10与监测总站4相连接，监测子站3所有监测信号都传输到监测总站4，由监测总站4通过环网11传输到地面终端5；

钻孔形变监测包括：

步骤1：根据上述步骤所布测点挖设形变监测钻孔8，其尺寸大小为：钻孔直径1.5m，钻孔深8m；

步骤2：在形变监测钻孔8中间位置安设钻孔形变传感器15，向钻孔形变传感器15中注满液体，保证钻孔形变传感器15中达到足够压强，使钻孔形变传感器19内部处于封闭状态；

步骤3：利用导液管7将钻孔形变传感器15与不锈钢量筒16连接，连接过程中确保导液管7一端与钻孔形变传感器15相通，另一端与不锈钢量筒16相通，以便钻孔形变传感器15中的液体通过导液管7进入不锈钢量筒16，但是液体不能进入压力变送器13，只能与其表面相接触，接收压强信号；

步骤4：受地形变化和采动影响，巷道发生变形导致形变监测钻孔8变形挤压钻孔形变传感器15，钻孔形变传感器15在挤压作用下，内部液体通过导液管7进入不锈钢量筒16，产生压强，压力变送器13与不锈钢量筒16连接一端接收压强信号，压力变送器13将压强信号转换为电信号，通过电缆9将信号传输到所述就近监测子站3；

步骤5：各监测子站3通过光纤10与监测总站4相连接，监测子站3所有监测信号都传输到监测总站4，由监测总站4通过环网11传输到地面终端5。

上述各实施例仅用于对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、参数改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。