煤层工作面顶板来压智能测试分析系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种煤层工作面顶板来压智能测试分析系统及方法，系统包括：初次来压监测装置、周期来压监测装置、数据传输装置和数据分析装置，初次来压监测装置包括若干个第一线性传感器，用于在预设检测时刻生成第一应变值，并将第一应变值传输至数据分析装置；周期来压监测装置包括若干个第二线性传感器，用于在预设检测时刻生成第二应变值后，并将第二应变值传输至数据分析装置；数据分析装置用于基于若干个第一应变值和若干个第二应变值、每个第一线性传感器和每个第二线性传感器与工作面之间的距离、每个第一线性传感器和每个第二线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及前一日的采掘进尺指导施工人员的施工以及进行预警，测试效率高。

【技术实现步骤摘要】
煤层工作面顶板来压智能测试分析系统及方法
本专利技术涉及煤矿工作面监测
，尤其涉及一种煤层工作面顶板来压智能测试分析系统及方法。
技术介绍
在采煤的过程中，煤层工作面回采过程中随着煤层空间采出，直接顶岩层垮落充填采空区，基本顶未垮落形成板梁支撑结构，随着顶板悬空露出面积的增大，基本顶在自重、上覆岩层以及围岩应力作用下发生断裂与垮落，从而造成顶板来压。顶板来压主要包括初次来压与周期来压两种，其中，在工作面开采时，基本顶的首次垮落会使工作面一定范围内压力增大，称之为初次来压，之后随工作面的不断推进，基本顶又会形成断裂垮落，这种现象会重复出现，形成工作面的周期来压。顶板来压是导致冒顶事故、诱发冲击地压的主要因素之一，是采矿界面临的共同问题，并且一旦发生灾害通常都具备较大破坏性和致灾性。因此，顶板来压测试是煤层工作面开采过程中重要的测量内容，也是指导矿井安全生产、有效支护的关键技术参数。相关技术中，对于顶板来压测试方法主要有液压支架压力传感器阻力法、顶板离层测力法、钻孔应力测试方法、微震测试技术等。例如CN105756709A公开了一种工作面顶板来压及破断的监测方法，其是工作面输送平巷和工作面回风平巷的顶部钻孔，在孔底部安装振动加速度传感器。CN103498699A公开了一种矿山工作面顶板来压的预测系统，其采用矿用液压支架位移传感器。上述测试方法多存在以下问题：(1)传感器通常为电阻传感器、压力传感元件，环境耐受性相对较差，特别在矿井特殊环境与施工工艺下，容易出现感测装置损坏与失效；(2)现有测试方法测试工艺繁琐，通常为点式布测形式，大多采用人工间断观测与采集，测试过程中数据集成时间长，不利于形成实时判别信号，当感测异常出现时，已经距离灾变时间极短；(3)现有测试方法在信号传输与数据分析中，数据离散，利用率低，技术指导响应时间较长，难以适应工作面高效、自动、无人、智慧的矿山发展趋势。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种测试效率高且便于大范围推广的煤层工作面顶板来压智能测试分析系统及方法。为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是：第一方面，提供了一种煤层工作面顶板来压智能测试分析系统，其包括：初次来压监测装置、周期来压监测装置、数据传输装置和数据分析装置，所述初次来压装置和所述周期来压监测装置均通过所述数据传输装置与所述数据分析装置连接；其中，所述初次来压监测装置安装在初次来压监测元件布置区域内，所述初次来压监测装置用于获取工作面首采前期预设距离范围内顶板初期来压数据，其包括若干个设置于工作面的切眼处的第一线性传感器，所述第一线性传感器用于在预设检测时刻生成第一应变值，并通过所述数据传输装置将所述第一应变值传输至所述数据分析装置；所述周期来压监测装置安装在周期来压监测元件布置区域内，所述周期来压监测装置用于获取煤层工作面开采过程中的周期来压数据，其包括若干个沿所述工作面走向布置的第二线性传感器，所述第二线性传感器用于在所述预设检测时刻生成第二应变值后，并通过所述数据传输装置将所述第二应变值传输至所述数据分析装置；所述数据分析装置包括：信号通讯协议模块、信号解析模块、数据分析模块和输入模块，所述信号通讯协议模块分别与多芯集成光缆和信号解析模块连接，信号解析模块与所述数据分析模块连接，所述数据分析模块和所述输入模块连接，所述输入模块用于供施工人员输入每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器与工作面之间的距离、每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及由前一日的采掘进尺；所述数据分析装置用于基于若干个所述第一应变值、若干个所述第二应变值、每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器与工作面之间的距离、每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及前一日的采掘进尺指导施工人员的施工以及进行预警。作为本专利技术的进一步改进，所述数据分析模块包括：第一坐标生成单元，所述第一坐标生成单元用于根据任一个第一线性传感器输送的第一应变值、所述第一线性传感器与工作面之间的距离、所述第一线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及前一日的采掘进尺，生成所述第一线性传感器点坐标；所述第一坐标生成单元还用于获取任一个第二线性传感器输送的第二应变值、所述第二线性传感器与工作面之间的距离、所述第二线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及前一日的采掘进尺后，生成所述第二线性传感器点坐标；第一顶板来压图生成单元，所述第一顶板来压图生成单元用于根据每个所述第一线性传感器点坐标和每个所述第二线性传感器点坐标生成所述第一顶板来压图。作为本专利技术的进一步改进，所述数据分析模块还包括第一数据分析单元，所述数据第一分析单元用于采用以下公式生成所述第一线性传感器点坐标：x1＝D1-dy1＝E1×(ε1-ε0)其中，x1代表所述第一线性传感器的横坐标，D1代表所述第一线性传感器设置位置与工作面之间的距离，d代表前一日的采掘进尺，y1代表所述第一线性传感器的纵坐标，E1代表所述第一线性传感器设置位置处的煤岩体弹性模量，ε1代表所述第一线性传感器在预设检测时刻输送的第一应变值，ε0代表所述第一线性传感器在上个预设检测时刻输送的第一应变值；所述数据分析单元还用于采用以下公式生成所述第二线性传感器点坐标：x2＝D2-dy2＝E2×(ε2-ε′0)其中，x2代表所述第二线性传感器的横坐标，D2代表所述第二线性传感器设置位置与工作面之间的初始距离，d代表前一日的采掘进尺，y2代表所述第二线性传感器的纵坐标，E2代表所述第二线性传感器设置位置处的煤岩体弹性模量，ε2代表所述第二线性传感器在预设检测时刻输送的第二应变值，ε′0代表所述第一线性传感器在上个预设检测时刻输送的第一应变值。作为本专利技术的进一步改进，所述数据分析装置还包括提醒单元，所述提醒单元用于在确定所述第一线性传感器点坐标的纵坐标大于第一预设阈值时，提醒工作人员加强数据采集密度。作为本专利技术的进一步改进，所述数据分析装置还包括第二数据分析模块和灾变预警单元；所述第二数据分析模块用于获取所有第一线性传感器输送的第一应变值、以及所有第二线性传感器输送的第二应变值，采用以下公式生成当前预设检测时刻下每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器位置处的应力：F＝Ei×εi其中，F代表任一个线性传感器位置处的应力，Ei代表所述线性传感器设置位置处煤岩体弹性模量，εi代表所述线性传感器输送的应变值；所述灾变预警单元用于在确定任一个应力值大于第二预设阈值时进行报警。作为本专利技术的进一步改进，所述输入模块还用于供施工人员输入待生成顶板来压图的传感器标识，所述数据分析装置还用于基于所述传感器标识、对应的传感器的多个预设检测时刻下的应变值、所述第一线性传感器与工作面之间的距离、所述第一线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及每日采掘进尺，生成所述传感器标识对应的传感器的顶板来压图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层工作面顶板来压智能测试分析系统，其特征在于，其包括：初次来压监测装置(1)、周期来压监测装置(2)、数据传输装置(3)和数据分析装置(4)，所述初次来压监测装置(1)和所述周期来压监测装置(2)均通过所述数据传输装置(3)与所述数据分析装置(4)连接；/n其中，所述初次来压监测装置(1)安装在初次来压监测元件布置区域内，所述初次来压监测装置(1)用于获取工作面首采前期预设距离范围内顶板初期来压数据，其包括若干个设置于工作面的切眼处的第一线性传感器，所述第一线性传感器用于在预设检测时刻生成第一应变值，并通过所述数据传输装置(3)将所述第一应变值传输至所述数据分析装置(4)；/n所述周期来压监测装置(2)安装在周期来压监测元件布置区域内，所述周期来压监测装置(2)用于获取煤层工作面开采过程中的周期来压数据，其包括若干个沿所述工作面走向布置的第二线性传感器，所述第二线性传感器用于在所述预设检测时刻生成第二应变值后，并通过所述数据传输装置(3)将所述第二应变值传输至所述数据分析装置(4)；/n所述数据分析装置(4)包括：信号通讯协议模块、信号解析模块、数据分析模块和输入模块，所述信号通讯协议模块分别与多芯集成光缆和信号解析模块连接，信号解析模块与所述数据分析模块连接，所述数据分析模块和所述输入模块连接，所述输入模块用于供施工人员输入每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器与工作面之间的距离、每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及前一日的采掘进尺；/n所述数据分析装置(4)用于基于若干个所述第一应变值、若干个所述第二应变值、每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器与工作面之间的距离、每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及前一日的采掘进尺指导施工人员的施工以及进行预警。/n...

【技术特征摘要】
1.一种煤层工作面顶板来压智能测试分析系统，其特征在于，其包括：初次来压监测装置(1)、周期来压监测装置(2)、数据传输装置(3)和数据分析装置(4)，所述初次来压监测装置(1)和所述周期来压监测装置(2)均通过所述数据传输装置(3)与所述数据分析装置(4)连接；
其中，所述初次来压监测装置(1)安装在初次来压监测元件布置区域内，所述初次来压监测装置(1)用于获取工作面首采前期预设距离范围内顶板初期来压数据，其包括若干个设置于工作面的切眼处的第一线性传感器，所述第一线性传感器用于在预设检测时刻生成第一应变值，并通过所述数据传输装置(3)将所述第一应变值传输至所述数据分析装置(4)；
所述周期来压监测装置(2)安装在周期来压监测元件布置区域内，所述周期来压监测装置(2)用于获取煤层工作面开采过程中的周期来压数据，其包括若干个沿所述工作面走向布置的第二线性传感器，所述第二线性传感器用于在所述预设检测时刻生成第二应变值后，并通过所述数据传输装置(3)将所述第二应变值传输至所述数据分析装置(4)；
所述数据分析装置(4)包括：信号通讯协议模块、信号解析模块、数据分析模块和输入模块，所述信号通讯协议模块分别与多芯集成光缆和信号解析模块连接，信号解析模块与所述数据分析模块连接，所述数据分析模块和所述输入模块连接，所述输入模块用于供施工人员输入每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器与工作面之间的距离、每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及前一日的采掘进尺；
所述数据分析装置(4)用于基于若干个所述第一应变值、若干个所述第二应变值、每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器与工作面之间的距离、每个所述第一线性传感器和每个所述第二线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及前一日的采掘进尺指导施工人员的施工以及进行预警。


2.根据权利要求1所述的一种煤层工作面顶板来压智能测试分析系统，其特征在于，所述数据分析模块包括：
第一坐标生成单元，所述第一坐标生成单元用于根据任一个第一线性传感器输送的第一应变值、所述第一线性传感器与工作面之间的距离、所述第一线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及前一日的采掘进尺，生成所述第一线性传感器点坐标；
所述第一坐标生成单元还用于获取任一个第二线性传感器输送的第二应变值、所述第二线性传感器与工作面之间的距离、所述第二线性传感器设置处的煤岩体弹性模量、以及前一日的采掘进尺后，生成所述第二线性传感器点坐标；
第一顶板来压图生成单元，所述第一顶板来压图生成单元用于根据每个所述第一线性传感器点坐标和每个所述第二线性传感器点坐标生成所述第一顶板来压图。


3.根据权利要求2所述的一种煤层工作面顶板来压智能测试分析系统，其特征在于，所述数据分析模块还包括第一数据分析单元，所述数据第一分析单元用于采用以下公式生成所述第一线性传感器点坐标：
x1＝D1-d
y1＝E1×(ε1-ε0)
其中，x1代表所述第一线性传感器的横坐标，D1代表所述第一线性传感器设置位置与工作面之间的距离，d代表前一日的采掘进尺，y1代表所述第一线性传感器的纵坐标，E1代表所述第一线性传感器设置位置处的煤岩体弹性模量，ε1代表所述第一线性传感器在预设检测时刻输送的第一应变值，ε0代表所述第一线性传感器在上个预设检测时刻输送的第一应变值；
所述数据分析单元还用于采用以下公式生成所述第二线性传感器点坐标：
x2＝D2-d
y2＝E2×(ε2-ε′0)
其中，x2代表所述第二线性传感器的横坐标，D2代表所述第二线性传感器设置位置与工作面之间的初始距离，d代表前一日的采掘进尺，y2代表所述第二线性传感器的纵坐标，E2代表所述第二线性传感器设置位置处的煤岩体弹性模量，ε2代表所述第二线性传感器在预设检测时刻输送的第二应变值，ε′0代表所述第一线性传感器在上个预设检测时刻输送的第一应变值。


4.根据权利要求3所述的一种煤层工作面顶板来压智能测试分析系统，其特征在于，所述数据分析装置(4)还包括提醒单元，所述提醒单元用于在确定所述第一线性传感器点坐标的纵坐标大于第一预设阈值时，提醒工作人员加强数据采集密度。


5.根据权利要求1所述的一种煤层工作面顶板来压智能测试分析系统，其特征在于，所述数据分析装置(4)还包括第二数据分析模块和...

【专利技术属性】
技术研发人员：许时昂，张平松，郭立全，付茂如，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34