高精度、本质安全煤层顶板导水裂隙带高度实时监测方法技术

一种高精度、本质安全煤层顶板导水裂隙带高度实时监测方法，包括布孔、孔内光纤光栅水压监测系统和孔口光纤光栅数据采集系统三部分。两个或多个孔口适当供水的上仰监测钻孔迎回采工作面推进方向超前布置于工作面两侧运输巷或回风巷，多个光纤光栅液压传感器线状布置于监测孔内，孔口光纤光栅数据采集系统与孔内光纤光栅水压监测系统相连并安装于监测孔孔口。本发明专利技术能够实现煤层顶板导水裂隙随工作面推进超前和向上发育全过程的高精度、本质安全和实时的监测。

Real time monitoring method for height of water flowing fractured zone in high precision and intrinsically safe coal seam roof

A high precision and intrinsically safe coal seam roof water guide fracture zone height real-time monitoring method, including the hole, the optical fiber grating water pressure monitoring system in the hole and the three parts of the aperture fiber Bragg grating data acquisition system. The propelling direction of the upside monitoring drilling face of two or more holes is arranged in front of the working face on both sides of the transportation lane or the return air lane, and several fiber Bragg grating hydraulic sensors are arranged in the monitoring hole. The aperture fiber grating data acquisition system is connected to the optical fiber optic gate water pressure monitoring system in the hole and is installed in the monitoring system. The hole of the hole is measured. The invention can realize the high precision, intrinsic safety and real-time monitoring of the whole process of the water conduction crack of the coal seam roof developing ahead and upward with the advancing of the working face.

【技术实现步骤摘要】
高精度、本质安全煤层顶板导水裂隙带高度实时监测方法
本专利技术涉及一种煤层顶板导水裂隙带高度实时监测方法，尤其是一种高精度且本质安全的井下实时监测煤层顶板导水裂隙随工作面推进超前和向上发育过程的方法，属于矿业工程领域的煤矿顶板水害防治

技术介绍
煤层顶板导水裂隙的发育过程、空间展布形态、最大高度等特征是设计防水煤柱尺寸和制定顶板水害防治技术方案的最重要参数，用以防止顶板采空区水或顶板含水层水突水、控制大型地表水体或铁路等建筑物下采煤引起的次生灾害。煤层顶板导水裂隙的高精度、实时、现场监测一直是工程和学术界不断探讨的技术难题。目前，受导水裂隙复杂性、井下监测条件约束等影响，煤层顶板导水裂隙现场观(监)测仍只着重于采后导水裂隙带最大高度值的观测。导水裂隙带最大高度值现场监测方法主要包括地面钻孔冲洗液漏失量观测法、井下钻孔分段注水法、井下钻孔地球物理电法与微震监测等。地面钻孔冲洗液漏失量观测法监测结果较为可靠，但工程量大和成本偏高，属于典型的采后观测方法；井下钻孔分段注水过程易受多种因素影响，使监测结果的代表性和可靠性降低，亦为采后观测方法；井下钻孔地球物理勘探方法往往难以清晰甄别所监测裂隙的导水性而使结果偏大，可超前或采后观测；上述三类方法都难同时实现导水裂隙及空间发育形态的实时现场监测。工程和学术界一直试图寻求更简单、可靠的导水裂隙发育过程现场监测方法。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述不足，本专利技术提供一种高精度、本质安全煤层顶板导水裂隙带高度实时监测方法，该监测方法能够实现煤层顶板导水裂隙随工作面推进超前和向上发育全过程的高精度、本质安全和实时的监测，能为顶板水害防治技术措施制定提供可靠的导水裂隙高度参数。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：包括以下步骤：1)布孔：两个或多个孔口适当供水的上仰监测钻孔迎回采工作面推进方向超前布置于工作面两侧运输巷或回风巷；2)安装孔内光纤光栅水压监测系统：将多个光纤光栅液压传感器线状布置于监测孔内，光纤光栅液压传感器在监测孔内位置依据目标监测高度确定，多个光纤光栅液压传感器采用多回路、多通道的并联数据传输方式；3)安装光纤光栅数据采集系统：在监测孔孔口安装光纤光栅数据采集系统，并与孔内光纤光栅水压监测系统相连。相比现有技术，本专利技术的一种高精度、本质安全煤层顶板导水裂隙带高度实时监测方法，通过在工作面两侧的运输巷、回风巷或停采线迎工作面回采方向超前布置和施工两个或多个上仰监测钻孔，并在孔内安装光纤光栅水压监测系统以及在孔口设置光纤光栅数据采集系统，能够实时监测煤层顶板导水裂隙带随工作面推进超前和向上发育的全过程，包括导水裂隙的超前特征、发育过程、空间形态和最大高度值，钻探工程量小和监测成本低；本专利技术使用光栅光纤而“本质”安全；光栅光纤信号精度高、传输距离远，适于在超长钻孔内布置和监测，而“高精度”。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术一个实施例的原理示意图。图2是本专利技术一个实施例进行布孔的结构示意图。图中，1、光纤光栅液压传感器，2、数据传输光纤，3、孔口法兰；4、孔口供水装置，5、光纤光栅数据采集系统，6、排气管及排气控制阀，7、排水管及控制阀，8、孔口套管，9、监测钻孔，10、单侧巷道，11、停采线侧巷道，12、上仰超前监测钻孔，13、工作面回采推进方向，14、工作面切眼，15、停采线。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术的高精度、本质安全煤层顶板导水裂隙带高度实时监测方法，包括布孔方案、孔内光纤光栅水压监测系统和孔口光纤光栅数据采集系统5，可实现煤层顶板导水裂隙随工作面推进超前和向上发育全过程的高精度、本质安全实时监测。其中，布孔方案是：一种方案是单侧巷道10内布孔方案的两个或多个孔口适当供水的上仰监测钻孔12、距工作面切眼14适当距离、迎回采工作面推进方向13、超前布置于工作面单侧运输巷或回风巷(见图2)；两个或多个上仰超前监测钻孔12可以控制煤层顶板导水裂隙的超前和向上发育过程、最大高度和空间形态，孔口供水装置4的供水压力可控且略高于目标监测高度；另一种方案是在停采线15侧的停采线侧巷道内11布置多个上仰监测钻孔12，布置原则及监测技术要求同上个方案。安装孔内光纤光栅水压监测系统的过程是：多个光纤光栅液压传感器1线状布置于监测钻孔9内，光纤光栅液压传感器1在监测钻孔9内位置依据目标监测高度确定，光纤光栅液压传感器1精度高和本质安全，多个光纤光栅液压传感器1采用多回路、多通道的并联数据传输方式。安装孔口光纤光栅数据采集系统5的过程是：光纤光栅数据采集系统5与孔内光纤光栅水压监测系统(即光纤光栅液压传感器1和数据传输光纤2)相连并安装于监测孔孔口，光纤光栅数据采集系统5能够采集、存储和显示各光纤光栅液压传感器1水压数据，依据监测点光纤光栅液压传感器1水压“阶梯”衰减特征判实时断导水裂隙发育的时间和位置。图1所示实施例的具体操作步骤如下：1)在工作面两侧的运输巷、回风巷或停采线迎工作面回采方向超前布置和施工两个或多个监测钻孔9，多种监测布孔方式见图2；布孔遵循多个钻孔最大限度控制导水裂隙带空间形态原则；2)孔内同步、平行安装光纤光栅水压监测系统和排气装置；监测钻孔9孔径尺寸需满足监测系统安装要求，安装时注意保护光纤光栅液压传感器1和数据传输光纤2，准确记录每个光纤光栅液压传感器1实际安装位置，最大目标监测高度大于顶板导水裂隙带高度经验值；3)安装孔口法兰3，保证孔内数据传输光纤2、排气管、供水管、排水管等安全穿过并止水且将孔口套管8固定于孔口法兰3，确保孔口法兰3良好止水效果；4)连接伸出孔口的光栅光纤至光纤光栅数据采集系统5，同时连接供水管至孔口供水装置4、排气管至排气控制阀6、排水管至排水控制阀7；检验光纤光栅水压监测系统、孔口供水装置4、排气控制阀6和排水控制阀7是否正常，进入导水裂隙带高度监测阶段；5)正式监测分为孔内水压本底值超前监测和顶板导水裂隙发育监测两个阶段，依据孔内水压本底值“阶梯”状变化实时判断顶板导水裂隙发育的时间、位置和演化过程；同时，辅以回采推进速度、回采高度、工作面涌水现象、顶板来压现象等跟踪观测，人跟踪记录这些数据，用以更好地补充解释专利技术监测的结果；6)监测终止条件：回采面已经完全进入光纤光栅液压传感器1监测范围，顶板导水裂隙已不再向更高处的光纤光栅液压传感器1发展或已经发育到最底端的光纤光栅液压传感器1；7)回撤导水裂隙带监测所使用的设备，处理监测数据，提交导水裂隙监测成果。本专利技术具有本质安全及高精度的优点，其“本质安全”的含义是：使用光栅光纤，因而“本质”安全，也不涉及监测系统因漏水漏电监测失败问题；其“高精度”的含义为：光栅光纤信号传输距离远，精度高，适于在超长钻孔内布置和监测。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例，并非对本专利技术做任何形式上的限制，凡是依据本专利技术的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度、本质安全煤层顶板导水裂隙带高度实时监测方法，其特征是，包括以下步骤：1)布孔：两个或多个孔口适当供水的上仰监测钻孔(9)迎回采工作面推进方向超前布置于工作面两侧运输巷或回风巷；2)安装孔内光纤光栅水压监测系统：将多个光纤光栅液压传感器(1)线状布置于监测孔内，光纤光栅液压传感器(1)在监测孔内位置依据目标监测高度确定，多个光纤光栅液压传感器(1)采用多回路、多通道的并联数据传输方式；3)安装孔口光纤光栅数据采集系统(5)：在监测孔孔口安装光纤光栅数据采集系统(5)，并与孔内光纤光栅水压监测系统相连。

【技术特征摘要】
1.一种高精度、本质安全煤层顶板导水裂隙带高度实时监测方法，其特征是，包括以下步骤：1)布孔：两个或多个孔口适当供水的上仰监测钻孔(9)迎回采工作面推进方向超前布置于工作面两侧运输巷或回风巷；2)安装孔内光纤光栅水压监测系统：将多个光纤光栅液压传感器(1)线状布置于监测孔内，光纤光栅液压传感器(1)在监测孔内位置依据目标监测高度确定，多个光纤光栅液压传感器(1)采用多回路、多通道的并联数据传输方式；3)安装孔口光纤光栅数据采集系统(5)：在监测孔孔口安装光纤光栅数据采集系统(5)，并与孔内光纤光栅水压监测系统相连。2.根据权利要求1所述的高精度、本质安全煤层顶板导水裂隙带高度实时监测方法，其特征是，具体操作步骤如下：1)在工作面两侧的运输巷、回风巷或停采线迎工作面回采方向超前布置和施工两个或多个上仰监测钻孔(9)，布孔遵循多个钻孔最大限度控制导水裂隙带空间形态原则；2)在监测钻孔(9)内同步、平行安装光纤光栅水压监测系统和排气装置；监测钻孔(9)孔径尺寸需满足监测系统安装要求，安装时保护光纤光栅液压传感器(1)和数据传输光纤(2)，准确记录每...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长申，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32