一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置及监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置及监测方法，属于岩体力学渗压监测技术领域。装置包括渗压监测管，其有若干个，均水平置于煤柱坝体内，并在水浸影响区内均匀布置；渗压监测管由监测段和线缆段构成；监测段中沿渗压监测管长度方向设有若干渗压监测位，监测段的长度大于所在位置处水浸影响区的长度；渗压监测位处沿渗压监测管周向均布设有若干渗压监测计。本发明专利技术通过渗压监测管结构的设置，对管体中的各渗压监测计及线缆提供保护，可适应矿井潮湿、腐蚀等环境，提高本装置的有效使用寿命，且方便工作人员根据“点

【技术实现步骤摘要】
一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置及监测方法


[0001]本专利技术属于岩体力学渗压监测
，更具体地说，涉及一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置及监测方法。

技术介绍

[0002]煤矿地下水库工程是煤炭资源开采矿井水资源保护与利用的有效途径，煤柱坝体在长期水浸和动静载叠加环境下的动态监测和有效控制成为煤矿地下水库长期安全运行的关键，其中，动态水压渗流特征对于存在天然缺陷（孔隙、裂隙等）且在水库坝体中占大比例的煤柱坝体影响极大，因此，储水煤柱坝体的持续渗压监测是整个地下水库工程的重要一环。
[0003]地下水库煤柱坝体结构由塑性区Ⅰ、弹性核区和塑性区Ⅱ构成，在煤柱坝体一侧设计储存地下水后，其长期处于动态水压作用条件下产生了形状类似“靴型”的水浸影响区，针对该处区域，需要渗压监测装置进行监测。
[0004]目前，国内多数光纤光栅渗压监测系统运用范围仅限于地面建筑类行业，很少用于煤炭资源井工开采期间煤柱稳定性的监控和预警，且建筑行业的渗压监测系统多数均为通过浇筑或预先埋设于指定区域，极少涉及对已有工程结构进行后期在线监测的案例；另外，针对目前的渗压监测装置来说主要存在以下问题：（1）人为施工因素导致监测数据丢失、线路失联、反应迟钝等问题；（2）监测点位可采数据离散性较强；（3）同一监测水平线上的监测点位通过各自的光纤线路间隔分布，监测点位间缺少联络，等。
[0005]综上，传统光纤光栅监测装置与监测数据采集方式较为局限，监测装置布置不能满足复杂应力与水浸耦合环境下煤柱坝体精准化、智能化在线监测和数据处理。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题至少之一，根据本专利技术的一方面，提供了一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，包括渗压监测管，其有若干个，均水平置于煤柱坝体内，并在水浸影响区内均匀布置；所述渗压监测管由监测段和线缆段构成；所述监测段中沿渗压监测管长度方向设有若干渗压监测位，监测段的长度大于其所在位置处水浸影响区的长度；所述渗压监测位处沿渗压监测管周向均布设有若干渗压监测计；所述线缆段中布置线缆。
[0007]根据本专利技术实施例的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，可选地，所述渗压监测计为光纤光栅渗压计，其包括：外壳体，其为两端开口的中空壳体；透水石基座，其内设于外壳体一端，透水石基座内嵌设有透水石；光纤光栅腔体，其内设于外壳体另一端，光纤光栅腔体内设置有感压光纤光栅；
感压膜片，其为弹性片，置于透水石基座与光纤光栅腔体间，感压膜片中心与感压光纤光栅的一端部固定；还包括，初始应力调节器，其为可调螺栓，贯穿外壳体并与外壳体螺接，初始应力调节器一端部与感压膜片边缘固定。
[0008]根据本专利技术实施例的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，可选地，所述渗压监测管内还包括：主光纤，其沿渗压监测管长度方向布置，由铠装固定结构固定于渗压监测管中部；分光器，其布置于每处渗压监测位，将主光纤分成多路分支光纤对应各渗压监测计，分支光纤与对应渗压监测计的感压光纤光栅连接。
[0009]根据本专利技术实施例的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，可选地，所述渗压监测管沿煤柱坝体长度方向布置。
[0010]根据本专利技术实施例的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，可选地，所述渗压监测管沿竖直方向均匀布置有多层，每层均匀布置有多个。
[0011]根据本专利技术实施例的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，可选地，还包括：光电信号交换单元，其接收各渗压监测管传递的光信号并转换为电信号传输至渗压信息分析单元；渗压信息分析单元，其接收光电信号交换单元传输的电信号，并将各渗压监测位对应的电信号整合为该区域的渗压数据监测阵列，并向井下数据采集单元传输；井下数据采集单元，其接收渗压信息分析单元传输的数据，将各渗压监测位的数据统一收集后传输至工业以太网；工业以太网，其接收井下数据采集单元传输的数据，并将数据传输至井上数字信号处理单元；井上数字信号处理单元，其接收工业以太网传输的数据，并通过可视化数据处理软件将渗压危险区域标注在地下水库煤柱坝体结构图中；煤矿调度中心，其将井上数字信号处理单元的处理结果呈现在人机交互界面上，并能发出调用命令控制渗压监测管开始监测或停止监测。
[0012]根据本专利技术的另一方面，提供了一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测方法，步骤如下：一、渗压监测管设置：沿煤柱坝体长度方向水平贯穿开设若干通孔，将渗压监测管置于其中，并使渗压监测管的监测段的长度大于对应位置处水浸影响区的长度；二、渗压监测：各渗压监测位的光信号通过主光纤传输至光电信号交换单元，被转换为电信号后传递至渗压信息分析单元；渗压信息分析单元将处于同一纵截面的每处渗压监测位对应的电信号整合为该区域的渗压数据监测阵列，并传输至井下数据采集单元；井下数据采集单元将各渗压监测位的数据统一收集后传输至工业以太网；工业以太网将数据传输至井上数字信号处理单元；井上数字信号处理单元通过可视化数据处理软件将渗压危险区域标注在地下水库煤柱坝体结构图中，并最终呈现在煤矿调度中心的人机交互界面上。
[0013]根据本专利技术实施例的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测方法，可选地，同一处渗压监测位的各渗压监测计采集的数据在渗压信息分析单元中求平均数后作为该处渗压监
测位的渗压数据。
[0014]有益效果相比于现有技术，本专利技术至少具有如下有益效果：（1）本专利技术的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，通过渗压监测管结构的设置，可以对管体中的各渗压监测计及线缆提供保护，可适应矿井潮湿、腐蚀等环境，提高本装置的有效使用寿命；（2）本专利技术的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，渗压监测管中的各渗压监测计按照一定规律设置，使得本装置在监测过程中能获取水浸影响区不同纵截面处的面域渗压数据，同时也能获得同一水平监测线上的线渗压数据，以及各渗压监测位的点渗压数据，进而方便工作人员根据“点
‑
线
‑
面”监测数据更加直观方便的构建煤柱坝体自身损伤区处的渗压状况，使本装置的监测数据便于分析且准确有效；（3）本专利技术的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，每处渗压监测位上均布置若干渗压监测计，使该监测位置处的渗压数据的获取更加真实可靠；（4）本专利技术的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，监测段的长度大于该处位置水浸影响区的长度，由此，多处的监测段形成形状类似于梯形体的渗压监测区，对水浸影响区形成了全覆盖，由此能保证监测的渗压数据更加全面，确保能将煤柱坝体在水浸影响下的自身损伤区形成全面的监测；（5）本专利技术的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，采用光纤光栅渗压计作为本装置中的渗压监测计，通过具有传输感知能力的光纤对煤柱坝体内部的渗透水压进行实时监测，能在保证监测数据稳定性和精确性的基础上，避免井下产生用电火花，不受静电、电磁及无线电频率干扰；（6）本专利技术的地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，在常规的光纤光栅渗压计的结构上作出改进，增设了初始应力调节器，通过此调节器，可以使感压膜片产生不同的初始轴向压力，使其接受到的分支光信号产生的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，其特征在于：包括渗压监测管，其有若干个，均水平置于煤柱坝体内，并在水浸影响区内均匀布置；所述渗压监测管由监测段和线缆段构成；所述监测段中沿渗压监测管长度方向设有若干渗压监测位，监测段的长度大于其所在位置处水浸影响区的长度；所述渗压监测位处沿渗压监测管周向均布设有若干渗压监测计；所述线缆段中布置线缆。2.根据权利要求1所述的一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，其特征在于，所述渗压监测计为光纤光栅渗压计，其包括：外壳体，其为两端开口的中空壳体；透水石基座，其内设于外壳体一端，透水石基座内嵌设有透水石；光纤光栅腔体，其内设于外壳体另一端，光纤光栅腔体内设置有感压光纤光栅；感压膜片，其为弹性片，置于透水石基座与光纤光栅腔体间，感压膜片中心与感压光纤光栅的一端部固定；还包括，初始应力调节器，其为可调螺栓，贯穿外壳体并与外壳体螺接，初始应力调节器一端部与感压膜片边缘固定。3.根据权利要求2所述的一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，其特征在于，所述渗压监测管内还包括：主光纤，其沿渗压监测管长度方向布置，由铠装固定结构固定于渗压监测管中部；分光器，其布置于每处渗压监测位，将主光纤分成多路分支光纤对应各渗压监测计，分支光纤与对应渗压监测计的感压光纤光栅连接。4.根据权利要求3所述的一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，其特征在于：所述渗压监测管沿煤柱坝体长度方向布置。5.根据权利要求4所述的一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，其特征在于：所述渗压监测管沿竖直方向均匀布置有多层，每层均匀布置有多个。6.根据权利要求5所述的一种地下水库煤柱坝体损伤区渗压监测装置，其特征在于，还包括：光电信号交换单元，其接收各渗压监测管传递的光信号并转换为电信号传输至渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：王方田，邵栋梁，陈昊天，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：