一种煤层采动应力一体监测装置的制作方法

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体为一种煤层采动应力一体监测装置。

背景技术：

煤炭是我国的主要能源，煤炭工业是支撑我国国民经济发展的重要基础工业，随着国民经济的高速发展，矿井生产强度增大，开采深度的加深，由此产生的事故隐患严重制约着矿井的安全生产，威胁人民的生命财产安全。煤层内瓦斯的赋存状态是煤层中影响生产安全的重要因素，随着煤层开采深度的不断增加，煤层瓦斯含量逐渐增大，同时由于受煤层开采的影响，原有地应力和采动应力集中，煤层透气性发生急剧变化，导致瓦斯的急剧涌出甚至出现瓦斯突出等瓦斯等灾害；实践表明，瓦斯参数的各种异常变化通常是瓦斯灾害的前兆，而瓦斯压力、瓦斯流量以及地应力是引起瓦斯参数变化的重要因素，因此对煤层受采动影响下的瓦斯压力、流量以及煤层地应力规律进行有效测试具有重要意义。

传统应力检测系统采用传统模拟控制系统，应用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接。如位于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之间，控制器与位于现场的执行器、开关、马达之间均为一对一的物理连接。此连接方法比较单一，有一定的封闭性，不能实现多点通信，反应能力较差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种煤层采动应力一体监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种煤层采动应力一体监测装置，包括系统主机、备用机、ups后备电源、矿用系统接口和井下设备；

所述井下设备包括矿用压力监测分站、钻孔应力计、一孔多点钻孔应力计、矿用通讯电缆、瓦斯参数传感器以及煤层底板采动裂隙发育监测装置，所述系统主机通过矿用通讯电缆与各个矿用压力监测分站相连接，所述一孔钻孔应力计、一孔多点钻孔应力计、瓦斯参数传感器和煤层底板采动裂隙发育监测装置均通过所述矿用通讯电缆与所述矿用压力监测分站相连接，所述瓦斯参数传感器固定安装在瓦斯管上，所述瓦斯参数传感器包括瓦斯压力传感器与瓦斯流量传感器，所述的一孔钻孔应力计和一孔多点钻孔应力计外壁还设置有包裹体，所述包裹体为具有弹性和抗蠕变性能的金属材料制成的；

所述的煤层底板采动裂隙发育监测装置包括种类检测模块、水平检测模块、状态数据收集模块、破坏检测模块、单轴压缩试验模块、受力数据采集模块以及rfpa动态仿真摸块；其中所述种类检测模块与破坏检测模块连接，用于检测煤层底板岩层种类；所述水平检测模块与破坏检测模块连接，用于检测煤层底板岩层的外形；所述状态数据收集模块与种类检测模块、水平检测模块、rfpa动态仿真摸块连接，用于将煤层底板岩层的种类、外形信号进行收集，并将状态数据传送到rfpa动态仿真摸块；所述破坏检测模块与状态数据收集模块、受力数据收集模块连接，收集状态数据后，进行整块煤层底板岩层进行破坏，并将破坏受力数据传送到受力数据收集模块；所述单轴压缩试验模块，与状态数据收集模块、受力数据收集模块连接，收集状态数据后，进行单块块煤层底板岩层进行单轴压缩，并将单轴受力数据传送到受力数据收集模块；所述受力数据采集模块与破坏检测模块、单轴压缩试验模块、rfpa动态仿真摸块进行连接，将破坏检测模块、单轴压缩试验模块的受力数据进行收集，传送到rfpa动态仿真摸块；所述rfpa动态仿真摸块与状态数据收集模块、受力数据收集模块连接，接收到状态数据和受力数据后，进行动态仿真建模。

进一步的，所述rfpa动态仿真摸块包括实体建模模块、网格建模模块和计算模块，其中所述实体建模模块，用于接收到状态数据后，进行实体建模；所述网格建模模块，用于在实体建模上铺设若干网格，将实体建模进行分块、分层；所述计算模块，用于接收受力数据，在实体建模、网格建模后，进行数值计算，并建立起动态仿真摸块。

进一步的，所述的系统主机用于一方面与井下监测分站进行通讯，实时收集数据，另一方面对数据进行分类、处理，并用人机对话界面实现显示图形、报表、网络发布功能。

进一步的，所述的备用机是系统主机的备份，系统主机出现故障，备用机可以代替系统主机进行监测。

进一步的，所述ups后备电源用于为系统主机提供不间断电源。

进一步的，所述的矿用系统接口为系统的转换接口，系统的物理通讯协议为can总线通讯协议，系统连接到地面上的信号为can总线信号，通过矿用系统的转换转变为主机能够识别的rs232信号。

进一步的，所述的矿用系统接口与矿用压力监测分站之间的传输电缆线路上还设有避雷器，以保护控制信号防止雷击。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过瓦斯参数传感器中的瓦斯压力传感器与瓦斯流量传感器收集矿井内个探测点瓦斯参数同钻孔应力计一起经由井下监测分站，上传数据，与现有的煤矿安全监察系统分站连接起来，不仅可以通过显示器和数据存储器对相关的数据进行实时的监测和存储，还可将数据实时传输到地面的各终端计算机中，又能实时监测瓦斯压力、流量、地应力数据的动态变化，通过煤层底板采动裂隙发育监测装置可监测煤层底板形状与材质，并可收集采动裂隙的大小、方向，可进行煤层底板整块和单块力度检测，受力分析更加全面，最终进行动态仿真建模，更直观的观察到煤层底板采动裂隙发育状况。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中煤层底板采动裂隙发育监测装置的结构示意图。

图中：1、系统主机，2、备用机，3、ups后备电源，4、矿用系统接口，5、井下设备，6、矿用通讯电缆，51、压力监测分站，52、一孔钻孔应力计，53、一孔多点钻孔应力计，54、煤层底板采动裂隙发育监测装置，55、瓦斯参数传感器，551、瓦斯压力传感器，552、瓦斯流量传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2，本发明提供一种技术方案：一种煤层采动应力一体监测装置，包括系统主机1、备用机2、ups后备电源3、矿用系统接口4和井下设备5，所述井下设备5包括矿用压力监测分站51、一孔钻孔应力计52、一孔多点钻孔应力计53、矿用通讯电缆6、瓦斯参数传感器55和煤层底板采动裂隙发育监测装置54，所述系统主机1通过矿用通讯电缆6与各个矿用压力监测分站51相连接，所述一孔钻孔应力计52、一孔多点钻孔应力计53、瓦斯参数传感器55和煤层底板采动裂隙发育监测装置54均通过所述矿用通讯电缆6与所述矿用压力监测分站51相连接，所述瓦斯参数传感器55固定安装在瓦斯管上，瓦斯参数传感器55包括瓦斯压力传感器551与瓦斯流量传感器552，所述的煤层底板采动裂隙发育监测装置54包括种类检测模块、水平检测模块、状态数据收集模块、破坏检测模块、单轴压缩试验模块、受力数据采集模块以及rfpa动态仿真摸块；其中所述种类检测模块与破坏检测模块连接，用于检测煤层底板岩层种类；所述水平检测模块与破坏检测模块连接，用于检测煤层底板岩层的外形；所述状态数据收集模块与种类检测模块、水平检测模块、rfpa动态仿真摸块连接，用于将煤层底板岩层的种类、外形信号进行收集，并将状态数据传送到rfpa动态仿真摸块；所述破坏检测模块与状态数据收集模块、受力数据收集模块连接，收集状态数据后，进行整块煤层底板岩层进行破坏，并将破坏受力数据传送到受力数据收集模块；所述单轴压缩试验模块，与状态数据收集模块、受力数据收集模块连接，收集状态数据后，进行单块块煤层底板岩层进行单轴压缩，并将单轴受力数据传送到受力数据收集模块；所述受力数据采集模块与破坏检测模块、单轴压缩试验模块、rfpa动态仿真摸块进行连接，将破坏检测模块、单轴压缩试验模块的受力数据进行收集，传送到rfpa动态仿真摸块；所述rfpa动态仿真摸块与状态数据收集模块、受力数据收集模块连接，接收到状态数据和受力数据后，进行动态仿真建模。

具体的，所述rfpa动态仿真摸块包括实体建模模块、网格建模模块和计算模块，其中所述实体建模模块，用于接收到状态数据后，进行实体建模；所述网格建模模块，用于在实体建模上铺设若干网格，将实体建模进行分块、分层；所述计算模块，用于接收受力数据，在实体建模、网格建模后，进行数值计算，并建立起动态仿真摸块。

具体的，所述系统主机1用于一方面与井下监测分站51进行通讯，实时收集数据，另一方面对数据进行分类、处理，并用人机对话界面实现显示图形、报表、网络发布等功能。

具体的，所述备用机2是系统主机1的备份，系统主机1出现故障，备用机2可以代替系统主机1进行监测。

具体的，所述ups后备电源3用于为系统主机1提供不间断电源。

具体的，所述矿用系统接口4为系统的转换接口，系统的物理通讯协议为can总线通讯协议，系统连接到地面上的信号为can总线信号，通过矿用系统的转换转变为主机能够识别的rs232信号。

其中，所述矿用系统接口4与矿用压力监测分站51之间的传输电缆线路上还设有避雷器，以保护控制信号防止雷击；且所述一孔钻孔应力计52和一孔多点钻孔应力计53外壁还设置有包裹体；该包裹体为具有弹性和抗蠕变性能的金属材料制成的。

在本实施例中，一孔钻孔应力计52和一孔多点钻孔应力计53是一种压力传感器，将其油压枕安装在煤岩体的深孔内，测量煤岩体垂直方向的相对应力，钻孔应力计通过内部油压枕把煤岩体应力转化为液压油的油压，油压再转化为电信号，最后换算为压力，一孔多点钻孔应力计53在一个孔内安装多个测点同时注入油压，测点把油压的变化转化为电信号，当主机巡检时，矿用压力监测分站51作为系统上的节点，把压力数据和瓦斯传感器探测的瓦斯压力和瓦斯流量向上传输，系统在井下巷道及回采工作面主要以can总线进行传输，系统监测分站是总线上的节点，实时巡检传感器信息，当系统主机呼叫时上传数据，传感器采动应力监测的关键部分，在应力面和巷道的不同位置布置不同类型的传感器，用来监测煤矿井下工作面推进过程中采动应力变化。

在本实施例中，通过种类采样模块检测煤层底板岩层种类，配合水平检测模块，检测煤层底板岩层的外形，并将煤层底板岩层种类和煤层底板岩层的外形信息传送到状态数据收集模块；破坏检测模块和单轴压缩试验模块，收到状态数据后，分别进行整块和单块整块煤层底板岩层的破坏和压缩，并将受力数据传送到受力数据采集模块；rfpa动态仿真摸块接收状态数据收集模块和受力数据采集模块的数据后，配合实体建模模块、网格建模模块、计算模块进行动态仿真建模。

具体的，所述单轴压缩试验方法包括：

步骤一、调整传感器：将制好的岩样测量尺寸后，置于电液伺服岩石试验机承压板中心，调整好轴向位移传感器横向位移传感器及声发射传感器；

步骤二、调整传感器控制位移：加载方式采用位移控制，峰前加载速度采用0.1mm/s,峰后加载速度采用0.2mm/s，试验过程中自动采集数据，并进行试验处理，绘制全应力一应变曲线；

步骤三、取样记录：停止试验，取出试样,进行记录描述。

该煤层底板采动裂隙发育监测装置可监测煤层底板形状与材质，并可收集采动裂隙的大小、方向；可进行煤层底板整块和单块力度检测，受力分析更加全面；最终进行动态仿真建模，更直观的观察到煤层底板采动裂隙发育状况。

终上所述，本发明通过瓦斯参数传感器中的瓦斯压力传感器与瓦斯流量传感器收集矿井内个探测点瓦斯参数同钻孔应力计一起经由井下监测分站，上传数据，与现有的煤矿安全监察系统分站连接起来，不仅可以通过显示器和数据存储器对相关的数据进行实时的监测和存储，还可将数据实时传输到地面的各终端计算机中，又能实时监测瓦斯压力、流量、地应力数据的动态变化，通过煤层底板采动裂隙发育监测装置可监测煤层底板形状与材质，并可收集采动裂隙的大小、方向，可进行煤层底板整块和单块力度检测，受力分析更加全面，最终进行动态仿真建模，更直观的观察到煤层底板采动裂隙发育状况。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。