一种监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统和方法，包括埋入式应变计和压力盒；在沿空留巷充填体内预埋一排埋入式应变计和一排压力盒，埋入式应变计和压力盒平行设置且分别通过支架钢丝固定；埋入式应变计和压力盒的端部连接电缆，数据通过电缆线传输到便携式应变信号采集系统。本发明专利技术采用介入式测量手段，反映出沿空留巷充填体内部应力应变、塑性区发展情况及残余应力的大小；采用振弦式应变计和压力盒，安装方便、绝缘防爆性能好、抗干扰能力强、远距离传输不失真，适宜在井下恶劣环境中长期监测。

System and method for monitoring stability during gob stoping of gob side entry retaining

The invention discloses a method for monitoring the stability of Gob Filling System and method during mining, including embedded strain gauge and pressure box; in the gob filling body is embedded in a row embedded strain gauge and a row of pressure box, embedded strain gauge and pressure box is arranged in parallel and respectively support wire fixed through; embedded strain gauge and pressure box is connected with the end of the cable, data to the portable strain signal acquisition system through cable transmission. The invention adopts the intrusive measurement method, reflect the Gob Filling internal stress and strain, the development of plastic zone and residual stress; the vibrating wire strain gauge and pressure box, convenient installation, insulation, good explosion-proof performance, strong anti-interference ability, long distance transmission without distortion, suitable for long-term monitoring in in the harsh environment of the underground.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统和方法，属于采矿领域。
技术介绍
沿空留巷，即通过构筑一条人工充填带将上区段运输平巷保留下来，作为上区段回风尾巷和下区段回风平巷予以复用。沿空留巷具有资源回收率高、采掘衔接合理、巷道掘进率低等优点，并且有利于巷道布置改革，多年来一直是国内外地下资源开采的重要技术发展方向。由于要经受上下2区段工作面2次强烈的采动影响，因而沿空留巷围岩活动剧烈，维护难度较大，充填体的承载能力和稳定性是保持巷道围岩稳定的关键。沿空留巷巷旁充填带的主要作用：一是控制直接顶的离层和及时切断采空侧的直接顶和下位基本顶，以减少巷内支护所受的载荷和巷道围岩的变形；二是及时封闭采空区，防止漏风和浮煤自然发火。沿空留巷充填体在2次回采期间的稳定性监测包括充填体变形量、塑性区范围和核心区强度。由于地下采矿环境的复杂性，监测时干扰因素多，目前仍没有有效的方法用来监测沿空留巷充填体2次回采期间的稳定性。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统和方法，适用于充填开采领域。本专利技术提供的一种监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统和方法，在沿空留巷充填体内预埋一排埋入式应变计和一排压力盒，数据通过长电缆传输到便携式应变信号采集系统，对沿空留巷充填体稳定性进行长期监测。埋入式应变计用于实时监测沿空留巷充填体的内部变形，压力盒用于实时监测沿空留巷充填体内部塑性区（破坏区）的范围及沿空留巷充填体残余强度，两者结合对沿空留巷充填体的稳定性进行监测；便携式应变信号采集系统对监测数据进行定期采集与记录，而后通过计算机对记录的数据进行保存与分析。所述沿空留巷充填体为长方体结构，长度为工作面长度，宽度根据上覆岩层压力和充填材料承载力确定，高度为工作面采高；使用的材料为混凝土材料、膏体充填材料、矸石胶结充填材料、（超）高水充填材料的一种或多种；本专利技术提供了一种监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统，包括埋入式应变计、压力盒和便携式应变信号采集系统；在沿空留巷充填体内预埋一排埋入式应变计和一排压力盒，埋入式应变计和压力盒平行设置；埋入式应变计和压力盒分别通过支架钢丝固定；埋入式应变计和压力盒的端部连接电缆，通过电缆连接便携式应变信号采集系统；所述埋入式应变计内置温度传感器，对外界温度影响产生的变化进行温度修正；每个传感器内部有计算芯片，自动对测量数据进行换算而直接输出物理量，减少人工换算的失误和误差；所述压力盒采用振弦理论设计制造，采用全数字检测，利用脉冲激振方式激振；所述便携式应变信号采集系统为防爆型智能读数仪；能直接显示压力值和振弦频率，数据通过电缆线端插头连接防爆型智能读数仪“INP”插口；防爆型智能读数仪设有“RS232”计算机连接端口，与计算机连接导出数据并保存，将保存的数据导入Excel表格，绘出应变-压力曲线图，即可进行分析，判断沿空留巷充填体的稳定性。上述的系统中，所述压力盒根据不同要求选用相应的型号，配备便携式应变信号采集系统即可直接显示压力值，又可显示振弦频率，测量直观、简便、快捷；可直接测出测点温度，并能进行温度补偿（温度型）。进一步地，所述埋入式应变计，尺寸长150mm，中部直径为22mm，量程为3000με，测量精度为1με，使用环境温度：-20℃～﹢80℃，温度范围-20℃～+125℃，测温灵敏度为0.25℃。进一步地，所述压力盒，直径为20mm，厚度为8mm，量程为10MPa，精度为1kPa，可过载150%，使用环境温度：-20℃～﹢80℃，温度范围-20℃～+80℃，测温灵敏度为0.5℃。进一步地，所述防爆型智能读数仪上有防护盖，具有防尘防爆防水的功能，有计算机接口，可以计算机连接并导出数据；并有操作按键和数据显示屏，可直接操作并读取数据。进一步地，所述防爆型智能读数仪有6个信号通道，可以同时对6个钢弦传感器进行测量，存储8000个应变数据。防爆型智能读数仪具有检测速度快、测量精度高、操作简单、体积小、重量轻、功率低、使用时间长、携带方便等优点。进一步地，所述电缆为四芯屏蔽电缆线，应变计和压力盒通过电缆线直接连接便携式应变信号采集系统，将应变计和压力盒的数据传输至便携式应变信号采集系统，进行读数和后处理；所述后处理是将便携式应变信号采集系统的读数进行分析，判断沿空留巷充填体的稳定性。本专利技术提供了一种监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的方法，采用上述监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统和方法，包括以下步骤：（1）安装：在沿空留巷充填体浇筑前预埋一排埋入式应变计和一排压力盒，其具体方法：间隔40-60m选定监测点，在充填模板搭设完毕后，在充填空间中部分别搭设上-下和左-右两组支架钢丝，支架钢丝固定在充填模板骨架上，需用力扯紧拉直，并将两端绑扎牢固；用尼龙绳将埋入式应变计由中心向外间隔20-50cm均匀固定在上-下各两根支架钢丝上，要求应变计轴线处于竖直方向；用尼龙绳将压力盒由中心向外间隔20-50cm均匀固定在左-右两根支架钢丝上，要求压力盒表面处于水平方向；压力盒轴线和应变计轴线平行分布于沿空留巷充填体的中部，相互错开20-30cm；压力盒固定后在表面涂抹凡士林，防止材料凝结在压力盒表面，影响数据监测；所述应变计和压力盒用尼龙绳固定在支架钢丝上，防止应变计和压力盒在充填材料浇注时发生移动和偏转；（2）电缆线沿支架钢丝引出，是将电缆线绑扎在支架钢丝上，在充填模板上打孔引出，电缆线绑扎不宜过紧，要略微松弛；（3）待充填体浇注24小时后，将支架钢丝从充填模板上拆下，充填模板可在充填材料凝固3天后拆除；（4）将电缆线端插头插入防爆型智能读数仪“INP”插口，通过读数仪面板上的按钮和数据显示屏，直接操作智能读数仪并读取数据，首次测量需对原始数据调零后开始采集信号，并实时进行数据保存；在沿空留巷充填体结构形成后，派专人对应变数据定期进行测量和记录，要求为每天3次，直到回采结束；（5）通过便携式防爆型读数仪上的“RS232”插口连入计算机，将数据进行导出并保存，将保存的数据导入Excel软件，并绘制应变-压力曲线，将应变-压力曲线与前期试验获得应力-应变-压力曲线对比，分析每个压力盒对应位置的充填体所处的阶段：当所有压力盒数据处于弹塑性阶段时，沿空留巷充填体稳定性良好；当部分压力盒数据进入破坏后阶段时，沿空留巷充填体局部破坏但整体保持稳定；当所有压力盒数据均处于破坏后阶段时，沿空留巷充填体整体失稳；所述前期试验获得应力-应变-压力曲线的方法为：将压力盒埋入150mm*150mm*150mm充填体试件中，浇水养护28天，在电液伺服压力机上标定，得到充填体应力-应变-压力曲线，并对曲线进行分区，得到充填体弹性阶段、塑性阶段、破坏点、破坏后阶段对应的应变-压力特征。上述监测方法中，所述沿空留巷充填体内部变形量由沿空留巷充填体内应变计读数确定；所述塑性区范围根据压力盒的读数和位置判定，压力盒读数明显上升，表明此处充填体进入塑性阶段，塑性区内的充填体保持稳定，沿空留巷充填体稳定性良好；所述破坏区范围根据压力盒的读数和位置判定，压力盒读数为残余强度时，表明此处充填体进入破坏阶段失去稳定，部分充填体进入破坏后阶段时，沿空留巷充填体整体仍然保持稳定，当破坏区范围扩展到整个沿空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统，其特征在于：包括埋入式应变计和压力盒、便携式应变信号采集系统；在沿空留巷充填体内预埋一排埋入式应变计和一排压力盒，埋入式应变计和压力盒平行设置；埋入式应变计和压力盒分别通过支架钢丝固定；埋入式应变计和压力盒的端部连接电缆，数据通过电缆线传输到便携式应变信号采集系统；所述埋入式应变计内置温度传感器，对外界温度影响产生的变化进行温度修正；每个传感器内部有计算芯片，自动对测量数据进行换算而直接输出物理量，减少人工换算的失误和误差；所述压力盒采用振弦理论设计制造，采用全数字检测，利用脉冲激振方式激振；所述便携式应变信号采集系统为防爆型智能读数仪；数据通过电缆线端插头连接防爆型智能读数仪“INP”插口；防爆型智能读数仪设有“RS232”计算机连接端口，可与计算机连接导出数据并保存，将保存的数据导入Excel表格，绘出应变‑压力曲线图，即可分析，判断沿空留巷充填体的稳定性。

【技术特征摘要】
1.一种监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统，其特征在于：包括埋入式应变计和压力盒、便携式应变信号采集系统；在沿空留巷充填体内预埋一排埋入式应变计和一排压力盒，埋入式应变计和压力盒平行设置；埋入式应变计和压力盒分别通过支架钢丝固定；埋入式应变计和压力盒的端部连接电缆，数据通过电缆线传输到便携式应变信号采集系统；所述埋入式应变计内置温度传感器，对外界温度影响产生的变化进行温度修正；每个传感器内部有计算芯片，自动对测量数据进行换算而直接输出物理量，减少人工换算的失误和误差；所述压力盒采用振弦理论设计制造，采用全数字检测，利用脉冲激振方式激振；所述便携式应变信号采集系统为防爆型智能读数仪；数据通过电缆线端插头连接防爆型智能读数仪“INP”插口；防爆型智能读数仪设有“RS232”计算机连接端口，可与计算机连接导出数据并保存，将保存的数据导入Excel表格，绘出应变-压力曲线图，即可分析，判断沿空留巷充填体的稳定性。2.根据权利要求1所述的监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统，其特征在于：所述压力盒根据不同要求选用相应的型号，配备的便携式应变信号采集系统能直接显示压力值和振弦频率，并能直接测出测点温度，并进行温度补偿。3.根据权利要求1所述的监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统，其特征在于：所述埋入式应变计的尺寸长150mm，中部直径为22mm；量程为3000με，测量精度为1με，使用环境温度：-20℃～﹢80℃，温度范围-20℃～+125℃，测温灵敏度为0.25℃。4.根据权利要求1所述的监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统，其特征在于：所述压力盒的直径为20mm，厚度为8mm，量程为10MPa，精度为1kPa，能过载150%，使用环境温度：-20℃～﹢80℃，温度范围-20℃～+80℃，测温灵敏度为0.5℃。5.根据权利要求1所述的监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统，其特征在于：所述防爆型智能读数仪上有防护盖，读数仪平面上设有操作按钮和数据显示屏，能直接操作并读取数据。6.根据权利要求1所述的监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统，其特征在于：所述防爆型智能读数仪有6个信号通道，能同时对6个钢弦传感器进行测量，存储8000个应变数据。7.根据权利要求1所述的监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统，其特征在于：所述电缆为四芯屏蔽电缆线，应变计和压力盒通过电缆线直接连接便携式应变信号采集系统，将应变计和压力盒的数据传输至便携式应变信号采集系统，进行读数和后处理。8.一种监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的方法，采用权利要求1~7任一项所述的监测沿空留巷充填体回采期间稳定性的系统，其特征在于：（1）安装：在沿空留巷充填体浇筑前预埋一排埋入式应变计和一排压力盒，其具体方法：间隔40-60m选...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国瑞，杜献杰，王鲜霞，戚庭野，闫永敢，王泽华，牛利凯，白锦文，栗继祖，康立勋，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14