采动覆岩内部岩移监测系统及检测方法技术方案

一种采动覆岩内部岩移监测系统及检测方法，适用于煤矿安全开采监测使用。包括活动卡盘，内通钢丝绳的PVC管，套管，PVC管口上方的监测箱包含位移数据采集单元、位移传感器、数据处理和分析单元、基于GPRS传输网络短信发送单元，具有短信接收单元的计算机数据处理中心。当岩层发生内部岩移时，其位移变化量可由监测箱中的数据采集单元进行收集，经GPRS传输网络短信发送单元传输到计算机数据处理中心，最后反馈到预警装置，实现安全预警的目的。其操作简单，测量精度高，测点数量可控，一次性可以下放数十个多点位移监测，同时避免钢丝绳缠绕和断线问题，还能实现自动化测量和实时动态监测安全预警。

【技术实现步骤摘要】
采动覆岩内部岩移监测系统及检测方法
本专利技术涉及一种监测系统及检测方法，适用于煤矿井下安全监测使用的采动覆岩内部岩移监测系统及检测方法。
技术介绍
采场矿压主要取决于采场覆岩性质及运动，研究采场矿压一般性规律与异常现象的内在联系和地表沉陷与坍塌问题离不开对采场覆岩运动的研究，关于采场覆岩结构及运动的研究中，砌体梁理论及相应岩层控制的关键层理论的接受度最高、应用最为广泛。随着实测技术的进步，采场顶板覆岩运动的现场观测技术日益完善，由观测地点的不同分为井下观测和井上观测。井上观测则是一种观测位置任意、范围全面、动态观测的理想观测方法，主要通过地面钻孔实现，可以在钻孔内布置位移观测点或利用钻孔窥视技术进行覆岩运动观测，这对解决地表沉陷问题和对认清采动覆岩破断运动对井下矿压的作用机制，完善采场矿压控制理论，可以掌握覆岩各关键层的破断运动对井下矿压的作用规律和影响程度，实现采场矿压的科学控制具有重要意义。现有的多点位移监测系统存在很多的问题，对于通过钢丝绳张拉式多点位移监测系统，每次只能下放一个测点，且下放工序繁多，需要现场人员较多，受钻孔深度和孔内表面光滑程度影响，局限性比较大，向深孔下放测点时，容易出现断线和缠绕问题，操作复杂，工作量大，测点不可控，而且位移测量数据具有随机性；无法对采动覆岩内部岩移作出科学测量。
技术实现思路
针对上述技术的不足之处，提供一种切实可行，安装操作简单，一次性下放，测点可控，对多个不同深度的垂直位移和水平位移进行测量，监测和预警一体化的装置，实现了自动化测量和实时动态监测安全预警的采动覆岩内部岩移监测系统及检测方法。为实现上述技术目的，本专利技术的采动覆岩内部岩移监测系统及检测方法，包括设置在被测采动覆岩内部岩移区域地面钻孔中的多测点监测装置和设在地面上钻孔口处的监测箱；所述多测点监测装置包括多段套管，套管两端设有活动卡盘，套管与套管之间通过活动卡盘相互连接，套管内设有吊绳和多根内通钢丝绳的多根PVC管，所述的多根PVC管一端分别通过设在活动卡盘上的中间通孔固定在两个活动卡盘中间，构成测点，两个活动卡盘之间通过紧固螺栓连接紧固，多根PVC管的另一端与监测箱内部相连接；所述监测箱包括固定在采动覆岩内部岩移区域地面钻孔处的壳体，壳体内设有多个位移数据采集处理装置、基于GPRS传输网络短信发送单元和蓄电池，其中位移数据采集处理装置包括顺序连接的位移数据采集单元、位移传感器和数据处理和分析单元，蓄电池与位移数据采集处理装置和基于GPRS传输网络短信发送单元相连接并为其供电，多根PVC管中的钢丝绳的分别与位移数据采集单元相连接。所述活动卡盘为不锈钢材质，包括卡盘体，卡盘体中央设有通孔，背部为圆柱形，卡盘体上有螺纹孔，活动卡盘直径要比钻孔直径小8-9cm，中间通孔直径根据测点个数来确定。套管选用PVC塑料管，抗拉强度低，易于随岩层移动而发生破坏，从而不影响内部岩移数据的测量，其内部直径要稍大于活动卡盘中央通孔直径，布置在上下两个测点之间，实现与活动卡盘间的密封，防止当全孔注浆时注浆浆液进入活动卡盘，影响各测点的准确测量。所述基于GPRS传输网络短信发送单元和收集单元为GSM模块，具体为西门子TC35I模块。一种采动覆岩内部岩移检测方法，其步骤如下：a.在被测区域地面向采动覆岩垂直钻孔直至采场上方直接顶埋深所在位置，利用吊绳将多测点监测装置放入钻孔，随着下放过程将内通钢丝绳的PVC管固定在上下两个套管的活动卡盘之间，直至采场顶板覆岩主，亚关键层所在位置；b.利用注浆设备从钻孔底部由下至上进行注浆封孔，使各个测点与采动覆岩固结为一体，选用内径8mm、外径12mm、注浆压力为0.5-0.8Mpa的一次性注浆管，根据压力来调节注浆速度，并且应调整浆液浓度，加快浆液凝固时间；c.当采动覆岩内部岩层出现移动时，套管随岩层移动而发生剪断和拉断，设置在套管内与采动覆岩固结为一体的各个测点随岩层一起发生垂直运动或者水平运动，随即带动PVC管中的钢丝绳发生相应的位移；d.利用位移数据经位移传感器采集与其相连接的各个钢丝绳的位移信息，位移信息通过数据处理和分析单元将计算出单位时间内岩层移动速度和准确位移值，再通过GPRS传输网络短信发送单元发送到具有短信接收单元的计算机数据处理中心，便可检测出采动覆岩内部岩移结果，并反馈到预警装置提醒工作人员，同时计算机数据处理中心也会将实时岩移数据传送到计算机云端，实现数据共享，方便远程管理中心对现场实施指导。具有短信接收单元的计算机数据处理中心，分析和处理数据后反馈到预警装置，对实时采集的内部岩移数据监测和分析，在计算机中预先设置内部岩移范围参数，当具有短信接收单元的计算机数据处理中心传来的内部岩移数据超过这个范围时，计算机便会发出报警提示。有益效果：本专利技术可以确保在监测采动覆岩内部岩移时，由于整套设备在地面完成组装，操作可控性提高；整体一次性下放，简化了很多工序和现场操作的复杂性，可以一次性下放的测点个数较多，实现了测点数量可控；受钻孔深度和孔内表面光滑程度影响较小，根据整个装置的自重和注浆深度条件，可用于最大钻孔深度800m；向深孔下放测点时，不会出现断线和缠绕问题，各个测点所测的采动覆岩内部岩移均是完全独立的被测量下来，使得测量结果准确、可靠，减少了监测系统所用设备本身对采动覆岩内部岩移测量结果的影响；而且需要现场工作人员较少，人员成本低；对钻孔的环境适应性强，测量精度高，操作简单；可以对多个不同深度的覆岩内部岩层的垂直位移和水平位移进行测量，监测和预警一体化，实时覆岩内部岩移数据远程共享，实现了自动化测量和实时动态监测，对采动覆岩内部岩移作出了科学测量。附图说明图1是本专利技术的采动覆岩内部岩移监测系统示意图。图2是本专利技术的监测箱内部配置平面图。图3是本专利技术的计算机云端与远程预警装置连接示意图。图中：1-活动卡盘；2-PVC管；3-套管；4-紧固螺栓；5-监测箱；6-位移数据采集单元；7-位移传感器；8-数据处理和分析单元；9-基于GPRS传输网络短信发送单元；10-具有短信接收单元的计算机数据处理中心；11-蓄电池；12-吊绳.具体实施方式：下面结合附图，对本专利技术的实施例做进一步描述：如图1和图2所示，本专利技术的采动覆岩内部岩移监测系统,包括设置在被测采动覆岩内部岩移区域地面钻孔中的多测点监测装置和设在地面上钻孔口处的监测箱5；所述多测点监测装置包括多段套管3，套管3两端设有活动卡盘1，所述活动卡盘1为不锈钢材质，包括卡盘体，卡盘体中央设有通孔，背部为圆柱形，卡盘体上有螺纹孔，活动卡盘直径要比钻孔直径小8-9cm，中间通孔直径根据测点个数来确定；套管3与套管3之间通过活动卡盘1相互连接，套管3内设有吊绳14和多根内通钢丝绳的多根PVC管2，所述的多根PVC管2一端分别通过设在活动卡盘1上的中间通孔固定在两个活动卡盘1中间，构成测点，两个活动卡盘1之间通过紧固螺栓4连接紧固，多根PVC管2的另一端与监测箱5内部相连接；套管3选用PVC塑料管，抗拉强度低，易于随岩层移动而发生破坏，从而不影响内部岩移数据的测量，其内部直径要稍大于活动卡盘1中央通孔直径，布置在上下两个测点之间，实现与活动卡盘1间的密封，防止当全孔注浆时注浆浆液进入活动卡盘1，影响各测点的准确测量；所述监测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采动覆岩内部岩移监测系统,其特征在于：它包括设置在被测采动覆岩内部岩移区域地面钻孔中的多测点监测装置和设在地面上钻孔口处的监测箱（5）；所述多测点监测装置包括多段套管（3），套管（3）两端设有活动卡盘（1），套管（3）与套管（3）之间通过活动卡盘（1）相互连接，套管（3）内设有吊绳（14）和多根内通钢丝绳的多根PVC管（2），所述的多根PVC管（2）一端分别通过设在活动卡盘（1）上的中间通孔固定在两个活动卡盘（1）中间，构成测点，两个活动卡盘（1）之间通过紧固螺栓（4）连接紧固，多根PVC管（2）的另一端与监测箱（5）内部相连接；所述监测箱（5）包括固定在采动覆岩内部岩移区域地面钻孔处的壳体，壳体内设有多个位移数据采集处理装置、基于GPRS传输网络短信发送单元（9）和蓄电池（11），其中位移数据采集处理装置包括顺序连接的位移数据采集单元（6）、位移传感器（7）和数据处理和分析单元（8），蓄电池（11）与位移数据采集处理装置和基于GPRS传输网络短信发送单元（9）相连接并为其供电，多根PVC管（2）中的钢丝绳的分别与位移数据采集单元（6）相连接。

【技术特征摘要】
1.一种采动覆岩内部岩移监测系统,其特征在于：它包括设置在被测采动覆岩内部岩移区域地面钻孔中的多测点监测装置和设在地面上钻孔口处的监测箱（5）；所述多测点监测装置包括多段套管（3），套管（3）两端设有活动卡盘（1），套管（3）与套管（3）之间通过活动卡盘（1）相互连接，套管（3）内设有吊绳（14）和多根内通钢丝绳的多根PVC管（2），所述的多根PVC管（2）一端分别通过设在活动卡盘（1）上的中间通孔固定在两个活动卡盘（1）中间，构成测点，两个活动卡盘（1）之间通过紧固螺栓（4）连接紧固，多根PVC管（2）的另一端与监测箱（5）内部相连接；所述监测箱（5）包括固定在采动覆岩内部岩移区域地面钻孔处的壳体，壳体内设有多个位移数据采集处理装置、基于GPRS传输网络短信发送单元（9）和蓄电池（11），其中位移数据采集处理装置包括顺序连接的位移数据采集单元（6）、位移传感器（7）和数据处理和分析单元（8），蓄电池（11）与位移数据采集处理装置和基于GPRS传输网络短信发送单元（9）相连接并为其供电，多根PVC管（2）中的钢丝绳的分别与位移数据采集单元（6）相连接。2.如权利要求1所述的采动覆岩内部岩移监测系统，其特征在于：所述活动卡盘（1）为不锈钢材质，包括卡盘体，卡盘体中央设有通孔，背部为圆柱形，卡盘体上有螺纹孔，活动卡盘直径要比钻孔直径小8-9cm，中间通孔直径根据测点个数来确定。3.如权利要求1或2所述的采动覆岩内部岩移监测系统，其特征在于：套管（3）选用PVC塑料管，抗拉强度低，易于随岩层移动而发生破坏，从而不影响内部岩移数据的测量，其内部直径要稍大于活动卡盘（1）中央通孔直径，布置在上下两个测点之间，实现与活动卡盘（1）间的密封，防止当全孔注浆时注浆浆液进入活动卡盘（1），影响各测点的准确测量。4.如权利要求1所述的采动覆岩内部...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱卫兵，郭宇隆，许家林，谢建林，于斌，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32