The invention discloses a solid-liquid coupling three-dimensional non-destructive monitoring system and method for mining overburden, including an experimental stand, an electrical monitoring system, a radon detection system and a thermal infrared monitoring system. Several displacement measuring lines are arranged at different layers on the front surface of the model, several parallel electrical monitoring system measuring lines are arranged equidistantly along the direction of the working face on the top surface of the model and along the working face on the surface of the model. Several radon detection system measuring lines are arranged equidistantly in the direction, and the infrared thermal imager is positioned in the front of the model; the distribution characteristics of three-dimensional spatial resistivity are monitored by parallel electrical method system to obtain the variation law of seepage field; the radon detection system is used to detect the variation of radon concentration in response to the development of cracks in the process of mining; and the outer surface temperature of the model is detected by thermal infrared monitoring system. The change characteristics complete the monitoring of rock mass failure, so as to realize real-time, dynamic and non-destructive monitoring of seepage field and fissure field changes in overburden under three-dimensional solid-liquid coupling conditions.
【技术实现步骤摘要】
一种釆动覆岩固液耦合三维无损监测系统及方法
本专利技术涉及一种釆动覆岩监测方法,具体涉及一种釆动覆岩固液耦合三维无损监测系统及方法,属于井下安全生产
技术介绍
煤炭作为我国主体能源在能源消费结构中占有较大比重,但是煤炭的开采势必会对水资源造成影响,包括干旱半干旱地区水资源的流失以及顶板富水区域的水害。随着我国东部煤炭资源的枯竭以及中部地区资源与环境的约束,煤炭开采重心已向西部地区转移,由于西部煤炭资源埋藏较浅、煤层较厚、生态环境脆弱、水资源匮乏,大规模、高强度的开采势必会造成水资源的破坏、流失,进而造成地表植被死亡、土地荒漠化。若煤层上方含有范围较大的富水区域,裂隙带沟通该含水区域将引起顶板的突水,给矿井带来巨大的人员伤亡和经济损失。因此研究不同煤层开采条件下水资源的运移规律对于水资源的保护以及煤矿的安全生产具有关键作用。由于实际开采过程中覆岩运移的复杂性和不可预见性,利用三维固液耦合相似模拟实验是研究采动覆岩以及水资源运移规律的有效方法。传统的三维固液耦合相似模拟监测手段单一,一般通过埋设压力传感器、位移传感器以及湿度传感器等来实现对模型应力变化规律、位移变化规律、导水裂隙发育规律的研究。如公开号为CN108107186A的中国专利技术专利公开了一种煤炭开采模拟实验装置及其制作方法和操作方法;公开号为CN105974087A的中国专利技术专利公开了一种适用于近距离煤层保水采煤固液耦合相似模拟试验装置;公开号为CN204791743U的中国专利技术专利公开了一种近距煤层保水采煤三维相似模拟试验系统。上述三种模拟系统均是通过埋设应力传感器、位移传感 ...
【技术保护点】
1.一种釆动覆岩固液耦合三维无损监测系统,其特征在于,包括实验架(1)、电法监测系统(4)、氡气探测系统(5)和热红外监测系统(6),所述并行的电法监测系统(4)包括计算机一、电法仪、连接线和铜棒电极;所述氡气探测系统(5)包括探测管、连续测氡仪和计算机二;所述热红外监测系统(6)包括红外热像仪、计算机三和红外分析软件;所述实验架(1)为长方体框架,实验架内侧密封绝缘,模拟工作面实际地质条件及相似比铺设的模型(3)设置在实验架(1)内部,模型(3)正表面不同层位布置若干条位移测线,位移测线上等距布置若干位移测点;模型(3)上表面沿工作面方向等距布置若干条并行电法监测系统测线,电法监测系统测线上等距布置若干测点,铜棒电极被布置在模型上表面的电极测点处,并通过连接线与电法仪相连;模型(3)上表面沿工作面方向等距布置若干条氡气探测系统测线,氡气探测系统测线上等距布置若干测点形成正方形或长方形监测网,连续测氡仪与氡气测点通过探测管连接;红外热像仪布置在模型(3)正前方,并通过红外分析软件调试记录温度数据。
【技术特征摘要】
1.一种釆动覆岩固液耦合三维无损监测系统,其特征在于,包括实验架(1)、电法监测系统(4)、氡气探测系统(5)和热红外监测系统(6),所述并行的电法监测系统(4)包括计算机一、电法仪、连接线和铜棒电极;所述氡气探测系统(5)包括探测管、连续测氡仪和计算机二;所述热红外监测系统(6)包括红外热像仪、计算机三和红外分析软件;所述实验架(1)为长方体框架,实验架内侧密封绝缘,模拟工作面实际地质条件及相似比铺设的模型(3)设置在实验架(1)内部,模型(3)正表面不同层位布置若干条位移测线,位移测线上等距布置若干位移测点;模型(3)上表面沿工作面方向等距布置若干条并行电法监测系统测线,电法监测系统测线上等距布置若干测点,铜棒电极被布置在模型上表面的电极测点处,并通过连接线与电法仪相连;模型(3)上表面沿工作面方向等距布置若干条氡气探测系统测线,氡气探测系统测线上等距布置若干测点形成正方形或长方形监测网,连续测氡仪与氡气测点通过探测管连接;红外热像仪布置在模型(3)正前方,并通过红外分析软件调试记录温度数据。2.根据权利要求1所述的釆动覆岩固液耦合三维无损监测系统,其特征在于,整个模型(3)的外部通过紫铜屏蔽网覆盖。3.根据权利要求1或2所述的釆动覆岩固液耦合三维无损监测系统,其特征在于,实验架(1)正面为透明玻璃挡板。4.一种釆动覆岩固液耦合三维无损监测方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步、根据模拟工作面实际地质条件及相似比铺设模型,实验架内侧四周采用黄油及塑料薄膜进行密闭及绝缘化处理,模型干湿度满足开挖要求后,将实验架前侧横钢板拆除,换装上透明玻璃挡板,作为模型开挖覆岩运移及裂隙发育的观察窗,并用紫铜屏蔽网覆盖在三维模型外侧以抵抗外界电磁干扰;第二步、根据模型大小在模型正表面不同层位布置若干条位移测线,测线上等距布置若干位移测点,开挖过程中对各层位测点的位移变化进行监测,分析各测点水平位移和垂直位移量,掌握覆岩整体位移变化;第三步、根据模型大小在模型上表面沿工作面方向等距布置若干条并行电法监测系统测线,测线上等距布置若干测点,将并行电法仪通过连接线与测点铜棒电极连接,进行调试及初始电压、电流数据记录;第四步、根据模型大小在模型上表面沿工...
【专利技术属性】
技术研发人员:张东升,范钢伟,梁帅帅,马立强,王旭锋,张炜,张世忠,
申请(专利权)人:中国矿业大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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