一种在线监测煤体横向变形的方法与流程

本申请是申请人山东科技大学向国家知识产权局提交的申请日为2016年1月22日、申请号为201610044914.7、发明名称为一种在线监测煤体横向变形装置及其监测方法的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及煤矿冲击地压防治、矿山岩体变形监测领域，具体涉及一种在线监测煤体横向变形的方法。

背景技术：

矿井工作面回采过程中，煤体受到矿山压力的作用可能产生冲击地压事故，巷道变形严重，对工作面的安全生产和工作人员的生命安全造成极大的威胁。煤体横向变形是矿山压力显现的现象之一，也是判别冲击地压是否发生的重要参考条件。由于煤体可采，受回采货到影响大，要求数据监测间隔时间短，因此发明一种在线监测煤体横向变形装置对研究冲击地压防治具有重要的实践意义。

目前，国内外很多学者对探测采煤工作面煤体变形研制了一些装置及方法，专利201310127426.9公开“采煤工作面煤体扩容探测器及探测方法”，该探测器计探测方法是利用固定在钻孔内的大、小直径钢管(带位移刻度线)受到煤体变形产生的相对位移来实现对表征煤体变形，该探测器及探测方法虽然可以监测不同时刻煤体变形量，但是无法实时的记录数据，只能靠工作人员不同时刻读取数据；专利20141037533.9提出了“工作面采空区侧向煤体塑性区宽度监测确定方法”，该方法通过在非回采帮水平钻孔布设钻孔应力计，监测各测点应力变化，确定煤体塑性区宽度，该方法是通过监测应力变化曲线类型来判断煤体的破坏范围，不能直观表现煤体横向变形量及一孔多点的监测；专利201410379987.2公开了一种冲击煤体扩容量的定量观测确定方法，分别在三个水平观测钻孔内安装一个应力观测装置和两个位移观测装置记录煤层竖向、横向位移量，得到各监测点的扩容量，该方法工程量大，操作繁琐。

综上所述，现有的装置及方法在不同钻孔完成，影响因素多，所测结果具有较大离散性。

技术实现要素：

针对上述装置存在的问题，本发明提出了一种在线监测煤体横向变形的方法，该方法可以实现一孔多点、实时监测，数据准确、有效。

本发明的任务之一是提供一种在线监测煤体横向变形装置。

一种在线监测煤体横向变形装置，包括位于井上的数据处理单元、位于工作面的数据传送单元和位于钻孔内的至少一个测量单元；

所述测量单元包括液压式横向位移测定仪、固定卡环和推送杆，所述固定卡环连接在所述液压式横向位移测量仪的前端，所述推送杆用于将所述固定卡环和液压式横向位移测定仪推送至待测试点，所述固定卡环为中空环形结构，包括环面和空腔，所述环面靠近外侧处设置有线路通口，所述环面上布设有至少一个卡钉和与之相配合的导向槽，所述卡钉可在所述导向槽内顺时针滑动，所述卡钉的头部设置在环面的内侧，所述卡钉的尖刺部伸出所述环面，在卡钉顺时针滑动方向处设置有台阶，所述台阶的底层与所述卡钉之间形成一定的夹角；

所述数据传送单元包括控制盒和线路，所述线路的一端连接在所述液压式横向位移测量仪上，另一端连接在控制盒内，所述控制盒的另一端通过线路连接至所述数据处理单元；在所述控制盒内设置有数据转换器，所述数据转换器用于将液压式横向位移测定仪监测得到的位移量转换为电信号传输至所述数据处理单元。

上述技术方案带来的直接有益技术效果是：

测量单元中的液压式横向位移测定仪通过固定卡环来固定，使装置与煤体融合成一个整体，避免了利用弹性“倒爪”固定时出现弯折、不牢靠的现象。

固定卡环的结构简单、实用，通过顺、逆时针的转动实现与煤体的结合和分离，从而实现对装置的安装和回收。

作为本发明的一个优选方案，所述台阶的底层与所述卡钉之间的夹角为30～60°。

卡钉在导向槽中滑动，当顺时针滑动到台阶处时，在台阶的阻力下，可固定在台阶处，进一步尖刺部伸入侧面的煤体中。

作为本发明的另一个优选方案，所述数据处理单元为计算机。

优选的，所述卡钉设置有三个。

优选的，在所述空腔壁处设置有凹槽，所述液压式横向位移测定仪的前段头处设置有与所述凹槽配合的卡头。

优选的，所述液压式横向位移测定仪最外侧的套筒上还设置有托板，所述控制盒内设置有用于控制所述托板升降的开关。

优选的，所述钻孔内的测量单元同时设置有2～3个。

本发明的另一任务是提供在线监测煤体横向变形的方法，依次包括以下步骤：

a根据煤层地质条件，选择监测工作面，并钻取钻孔；

b安装监测所需的测量单元，

所述测量单元包括液压式横向位移测定仪、固定卡环和推送杆，所述固定卡环为中空环形结构，包括环面和空腔，所述环面靠近外侧处设置有线路通口，所述环面上布设有至少一个卡钉和与之相配合的导向槽，所述卡钉可在所述导向槽内顺时针滑动，所述卡钉的头部设置在环面的内侧，所述卡钉的尖刺部伸出所述环面，在卡钉顺时针滑动方向处设置有台阶，所述台阶的底层与所述卡钉的之间形成一定的夹角；

将固定卡环安装在所述液压式横向位移测定仪的前端，将推送杆安装在液压式横向位移测定仪的后端，并利用推送杆将固定卡环和液压式横向位移测定仪送至钻孔内的待测试点，顺时针旋转推送杆，同时卡钉沿导向槽和台阶滑动，卡设在台阶上并慢慢钉入煤体内，以将固定卡环与液压式横向位移测定仪固定；若测量单元有一个以上，按此顺序依次送至钻孔内的待测试点；

c在井上布置数据处理单元，在工作面布置数据传送单元，所述数据传送单元包括控制盒和线路，将线路的一端连接在液压式横向位移测量仪上，另一端连接在控制盒内，将控制盒的另一端通过线路连接与数据处理单元连接，并在控制盒内设置数据转换器，

d监测，数据转换器将液压式横向位移测定仪监测得到的位移量转换为电信号传输至所述数据处理单元；

e监测完成后，将推送杆逆时针旋转，解松卡钉，由外向内依次取出各液压式横向位移测定仪。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

(1)同一钻孔可以布设多个装置，既实现了一孔多点同时监测又解决了监测点相互干扰的问题；

(2)同一条件下所得数据更具有可比性，有利于分析；

(3)监测装置完全布设在钻孔内部，避免了巷道扩帮造成监测中断问题发生；

(4)采用实时在线监测，可以捕捉更多、更准确的数据；

(5)提出的机械式固定卡环和电控固定托板实现了对装置的固定和解放，并通过推送杆实现装置的回收再利用，节省了监测成本。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明在线监测煤体横向变形装置的结构示意图；

图2为固定卡环部分结构示意图；

图3为测量单元与数据处理单元部分结构示意图；

图4为推送杆部分结构示意图；

图中，1、固定卡环，1.1、导向槽，1.2、卡钉，1.3、台阶，1.4、线路通口，2、液压式横向位移测定仪，2.1、前端，2.2、内筒，2.3、外缸，2.4、底端，2.5、接线口，2.6、托板，3、控制线，4、传输线，5、控制盒，5.1、数据转换器，5.2、开关，6、计算机，7、推送杆。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

本发明，一种在线监测煤体横向变形装置，包括位于井上的数据处理单元、位于工作面的数据传送单元和位于钻孔内的至少一个测量单元。

如图1和图3所示，数据处理单元为计算机6，数据传送单元包括控制盒5、控制线3和传输线4，控制盒5内部设置有数据转换器5.1和开关5.2，数据转换器5.1通过传输线4连接在液压式横向位移测定仪2上，开关5.2通过传输线4与托板2.6连接，控制盒5的另一端通过传输线4连接导计算机6，数据转换器将液压式横向位移测定仪上测量的位移传输至计算机进行观测与处理。

由于本发明测量单元的结构及其线路简单，因此，本发明在钻孔内可放置多个测量单元。每个测量单元，包括液压式横向位移测定仪2和位于它前端2.1处的固定卡环，固定卡环的作用在于对液压式横向位移测定仪2进行固定，而且，固定卡环可将线路收集在线路通口1.4处，避免了现有技术中绕线复杂的问题，固定卡环1的结构如图2所示，它为中空环体，即由两个同心但不等直径的圆环组成的，在固定卡环1的中心处为空腔，两个圆环形成的面为环面，固定卡环内径与液压式横向位移测定仪的直径相同，均为d1，外环直径与钻孔直径相同，均为d2；

在环面的边缘处设置有线路通口1.4，在环面上布设有至少一个卡钉1.2和与之相配合的导向槽1.1，图2中示出了三个卡钉1.2和三个导向槽1.1，卡钉1.2可在导向槽1.1内顺时针滑动，卡钉的头部设置在环面的内侧，卡钉的尖刺部伸出环面，在卡钉顺时针滑动方向处设置有台阶1.3，台阶1.3的底层与卡钉之间形成30～60°的夹角；卡钉1.2尖刺部伸出环面的外侧，当顺时针转动推送杆时，固定卡环随着转动，卡钉同时沿导向槽1.1和台阶1.3滑动，慢慢钉入煤体内，固定住液压式横向位移测定仪前端2.1；穿线口1.4位于固定卡环1的左上方，既可以过线又保护了线路。

如图3所示，液压式横向位移测定仪2包括前端2.1、内筒2.2、外缸2.3、底端2.4、接线口2.5和固定托板2.6，前端2.1、内筒2.2、外缸2.3、底端2.4均为圆柱体，前端2.1与固定卡环1相连，后端2.4与控制线3、传输线4相连，内筒2.2直径〈外缸2.3直径〈底端2.4直径。

液压式横向位移测定仪2前端2.1直径为d1，下部有可以与固定卡环1内环卡槽镶嵌的凸起；

内筒2.2可以在外缸2.3内伸缩，伸缩距离为1m，当伸缩时，内部油压发生变化使位移感应片产生信号；

底端2.4内含有位移感应片和控制托板2.6升降的感应单元；

接线口2.5是传输线4和控制线3与底端2.4的衔接点；

托板2.6可以经控制开关5.2实现升降，进而与钻孔内壁紧固和分开，达到对底端2.4的固定和松放。

如图3所示，控制盒5成方形，包括数据转换器5.1和控制开关5.2，数据转换器5.1实现对监测位移量转换成电信号传入计算机6，而控制开关5.2控制托板2.6的升降。

如图4所示，推送杆7上标有刻度，前端7.1可与液压式横向位移测定仪2的底端2.4相连，主要实现液压式横向位移测定仪2的安放、位置调整。

本发明，在线监测煤体横向变形装置的监测方法，包括以下步骤：

第一步：根据煤层地质条件，选择监测工作面及布设、钻取钻孔；

第二步：将固定卡环1与液压式横向位移测定仪2前端2.1镶嵌成整体，把推送杆7前端7.1与液压式横向位移测定仪后端2.4连接起来；

第三步：利用推送杆7把固定卡环1、液压式横向位移测定仪2推送至钻孔设定位置(如果一孔布设多个测点，利用推送杆7依次推送，控制线3和传输线4可通过线路通口1.4走出钻孔)，顺时针旋转推送杆7，卡钉1.2同时沿导向槽1.1和台阶1.3滑动，慢慢钉入煤体内，固定住液压式横向位移测定仪前端2.1；

第四步：打开控制开关5.2，升起固定托板2.6，固定住液压式横向位移测定仪底端2.4；

第五步：连接好各线路，开始监测；

第六步：监测结束后，推送杆7逆时针旋转，解松卡钉1.2，由外向内依次取出各液压式横向位移测定仪2，完成监测。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。