一种被保护层应力监测装置及监测方法与流程

本发明涉及煤矿防瓦斯突出安全治理技术领域，尤其涉及一种被保护层应力监测装置及监测方法。

背景技术：

《煤矿安全规程》明确规定：“在煤与瓦斯突出矿井开采煤层群时，必须首先开采保护层。开采保护层后，在被保护层中受到保护的区域按无突出危险煤层进行采掘工作，未受到保护的区域，必须采取防止突出危险措施”。开采保护层是防治煤与瓦斯突出最有效的一种区域性防突措施，在煤层群开采条件的突出矿井得到了广泛应用。其本质为：保护层开采之后围岩卸压产生膨胀变形，产生瓦斯“增流效应”，透气性增强，为被保护层的卸压瓦斯抽采创造有利条件。

目前保护层开采相关研究中，较多考虑上覆岩层的应力变化，利用模拟软件研究上覆岩层应力变化并探寻应力演化规律。而基于被保护层本身应力变化的研究较少。至于保护层开采过程中被保护层应力的动态变化如何、如何监测以及这种应力的动态变化与保护层工作面推进距离及超前支承压力之间的关系如何，目前研究尚不能清晰地给出解释。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种被保护层应力监测装置及监测方法，基于地面开设大倾角钻孔，克服了保护层开采引起岩层移动的影响，提高了装置整体稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种被保护层应力监测装置，包括聚氨酯护层，所述聚氨酯护层的上部设有固定块；所述聚氨酯护层内部嵌入柔性液压胶囊及压力传感器；所述固定块中部开设有供套管穿过的通孔；所述套管内穿设有液压胶管和数据传输线；所述压力传感器通过数据传输线与显示柔性液压胶囊内的压力的数显表连接；所述柔性液压胶囊通过液压胶管与电动液压泵连接，所述液压胶管上顺次设有总阀门、二级阀门及单向阀；所述聚氨酯护层呈圆柱形；所述固定块为圆台状木塞。

所述柔性液压胶囊呈椭圆形，由氯丁橡胶制成，外部包裹钢丝编织层。

所述液压胶管由氯丁橡胶制成，外部包裹钢丝编织层。

一种被保护层应力监测方法，借助所述的一种被保护层应力监测装置实施，包括：

步骤S₁，保护层开采前在地表用设定钻孔孔径的钻机施工设定的倾角，钻孔钻入被保护停止施工；

步骤S₂，利用钻机对钻孔进行扩孔作业；

步骤S₃，将聚氨酯护层送至钻孔底部并用固定块固定，并将数据传输线经套管引出钻孔并连接数显表，对固定块上部钻孔进行注浆进一步加固；

步骤S₄，对压力传感器进行校准，对数显表进行归零，启动电动液压泵，打开总阀门、二级阀门及单向阀，通过数显表观察柔性液压胶囊压力使其达到设定值p₀；

步骤S₅，以保护层工作面推进至钻孔的水平距离为横坐标，以柔性液压胶囊的压力值为纵坐标绘制曲线，分析保护层工作面推进过程中被保护层应力变化得到被保护层应力变化规律。

所述步骤S₁中的钻孔孔径为79mm，施工倾角为80°以上。

所述步骤S₁中，开设的钻孔为等间距平行钻孔，钻孔间距优选5-8m、钻孔数量优选10-20个。

所述步骤S₂中将孔径扩至133mm，深度达到被保护层和顶板交界处停止扩孔。

所述步骤S₄中当压力达到设定值p₀，经过设定时间压力保持不变表明装置整体气密性良好。

本发明的有益效果：

1.基于地面开设大倾角钻孔，克服了保护层开采引起岩层移动的影响，提高了装置整体稳定性。

2.被保护层上部开设较大孔径钻孔而被保护层部分开设小孔径钻孔，便于应力监测装置安装更易于固定。

3.采用柔性液压胶囊监测应力，能够及时捕捉到应力的动态变化，实现对应力的实时监测，灵敏度高，监测效果好。

4.装置整体结构简单、易操作、成本低，具有较强实用性，适合大规模推广。

附图说明

图1是本发明一种被保护层应力监测装置整体结构示意图。

图2是本发明中固定块整体结构示意图。

图3是本发明中柔性液压胶囊剖面图。

其中，1-电动液压泵，2-总阀门，3-二级阀门，4-液压胶管，5-单向阀，6-柔性液压胶囊，7-压力传感器，8-固定块，9-套管，10-数据传输线，11-数显表，12-钢丝编织层，13-通孔，14-钻孔，15-被保护层，16-顶板，17-聚氨酯护层，18-保护层。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1-3所示，一种被保护层应力监测装置，包括柔性液压胶囊6，聚氨酯护层17、固定块8、压力传感器7、套管9、数据传输线10、数显表11；

所述聚氨酯护层17呈圆柱形，所述柔性液压胶囊6呈椭圆形，聚氨酯护层17的直径略小于钻孔直径；聚氨酯护层17上部安设有固定块8；所述聚氨酯护层17内部嵌入柔性液压胶囊6及压力传感器7；所述压力传感器7分别于与数显表11及柔性液压胶囊6相连；所述固定块8为圆台状木塞，且木塞中部开设通孔13；所述数据传输线10为外部包裹有PVC材质的铜质导线；所述套管9为高强度不锈钢空心套管；所述数显表11具有存储记忆功能。

所述柔性液压胶囊6通过液压胶管4与电动液压泵1连接。

所述液压胶管4上顺次设有总阀门2、二级阀门3及单向阀5。

所述液压胶管4由高强度氯丁橡胶制成，外部包裹钢丝编织层12，承压能力不低于6MPa。

所述柔性液压胶囊6由高强度氯丁橡胶制成，外部包裹钢丝编织层12，承压能力不低于6MPa。

一种被保护层应力监测方法借助上述一种被保护层应力监测装置实施，步骤如下：

步骤S₁，保护层18开采前在地表用设定钻孔14孔径的钻机施工设定的倾角，钻孔14钻入被保护层15停止施工；

步骤S₂，利用钻机对钻孔14进行扩孔作业；

步骤S₃，将聚氨酯护层17送至钻孔底部并用固定块8固定，并将数据传输线经套管引出钻孔并连接数显表，对固定块上部钻孔进行注浆进一步加固；

步骤S₄，对压力传感器进行校准，对数显表进行归零，启动电动液压泵，打开总阀门、二级阀门及单向阀，通过数显表观察柔性液压胶囊压力使其达到设定值p₀；

步骤S₅，记录保护层推进过程中被保护层应力监测装置得到的压力变化，以保护层工作面推进至钻孔的水平距离为横坐标，以柔性液压胶囊的压力值为纵坐标绘制曲线，分析保护层工作面推进过程中被保护层应力变化得到被保护层应力变化规律。所述步骤S₁中的钻孔14孔径为79mm，施工倾角为80°以上。

所述步骤S₁中，开设的钻孔14为等间距平行钻孔，钻孔间距优选5-8m、钻孔数量优选10-20个。

所述步骤S₂中将孔径扩至133mm，深度达到被保护层15和顶板16交界处停止扩孔。

所述步骤S₄中当压力达到设定值p₀，经过设定时间压力保持不变表明装置整体气密性良好。

以上所述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。