基于煤矿巷道围岩应力在线监测系统的应力状态分析方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于煤矿巷道围岩应力在线监测系统的应力状态分析方法，该方法中采用的钻孔应力在线监测系统包括若干应力传感器，若干应力传感器布置于工作面上下两巷道巷帮中部位置向煤层每间隔一定距离钻孔中的煤岩体内，应力传感器通过通讯电缆顺序与变送器、矿用传输分站、矿用传输总站、地面传输终端和计算机电连接；该方法包括步骤S1获得基于钻孔应力值的围岩应力状态指标S

【技术实现步骤摘要】
基于煤矿巷道围岩应力在线监测系统的应力状态分析方法


[0001]本专利技术涉及围岩应力监测
，具体涉及一种基于煤矿巷道围岩应力在线监测系统的应力状态分析方法。

技术介绍

[0002]随着浅部资源的逐渐耗尽，煤矿开采势必向深部勘探资源。而随着开采深度的不断增加，矿山压力显现所造成的灾害也越来越严重，如顶板冒落、巷道变形、冲击矿压等事故频繁发生，给我国的煤矿业造成了巨大的损失，严重影响了从业人员的生命安全和矿井生产。因此，作为矿井安全生产重要保障手段之一的围岩应力监测越来越受到重视，对监测的准确性、可靠性及在线监测能力的要求也越来越高。因此，利用现有的应力监测设备建立一个全方位的围岩应力在线监测系统并基于应力监测数据建立，就能有效地预防和减少矿压引起的事故发生。
[0003]本申请的专利技术人经过研究发现，虽然目前国内外在人工智能化监测领域已经取得一定发展，但是现有的矿压监测方法普遍存在以下缺点：1、易受电磁干扰和外界环境干扰，监测范围小和精度差；2、传感元件易腐蚀损坏，可靠性低，监测效率不高，寿命短；3、无法对监测进行远程监控，不能实现实时在线监测和长期监测；4、应力监测数据挖掘度不够，围岩应力状态仅仅是简单的数据，表现形式差。

技术实现思路

[0004]针对现有矿压监测方法存在监测不全面、围岩应力监测数据挖掘度不够和表现形式差的技术问题，本专利技术提供一种基于煤矿巷道围岩应力在线监测系统的应力状态分析方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：/>[0006]基于煤矿巷道围岩应力在线监测系统的应力状态分析方法，该方法中采用的钻孔应力在线监测系统包括若干应力传感器，所述若干应力传感器布置于工作面上下两巷道巷帮中部位置向煤层每间隔一定距离钻孔中的煤岩体内，所述应力传感器通过通讯电缆顺序与变送器、矿用传输分站、矿用传输总站、地面传输终端和计算机电连接，所述钻孔应力在线监测系统用于实时获取并显示工作面上下两巷道每个钻孔位置的应力值；
[0007]该方法包括以下步骤：
[0008]S1、设在t0时刻，上下两巷道应力传感器监测得到的钻孔应力值为x1，x2，x3，
…
，x
n
序列，将钻孔应力值x1，x2，x3，
…
，x
n
序列按下式进行标准化变换：
[0009][0010]式中，x
i
为t0时刻第i个钻孔的应力值；
[0011]进行标准化变换之后形成新序列y1，y2，y3，
…
，y
n
∈[0,1]，且无量纲；将这些应力
值转换后的无量纲0～1闭区间划分为20等份，利用RGB颜色对照表选取20个颜色，分别对应表示这划分出来的20等份，无量纲的计算的结果越接近1，使用越深的颜色来进行表征；对于在某一时刻t
i
、某一个测点所反应的围岩应力状态S
f
用如下公式表示：
[0012]S
f
＝y
i
[0013]S2、设在t0时刻，某一测点的钻孔应力值为x
(t＝0)
；t1时刻，该测点的钻孔应力值为x
(t＝1)
；因此，在t0，t1，
…
，t
n
时刻，某一个测点的钻孔应力值可表示如下：
[0014]x
(t＝0)
，x
(t＝1)
，x
(t＝2)
，
…
，x
(t＝n)
[0015]则基于时间序列的某测点所反应的围岩应力等级状态通过下式表示：
[0016]S
t
＝K1*I
Y
+K2*I
I
+K3*I
G
[0017]式中，S
t
为时间序列条件下测点i所反应的围岩应力等级状态；I
Y
为应力测点的应力值大小转换后的危险指标；I
I
为由增幅值计算转换得到的危险指标，即当前应力值与开始统计的应力值之差；I
G
为由增速值计算转换得到的危险指标，即当前应力值与下一刻的应力值对比，进行归一化处理所得；K1、K2、K3分别表示I
Y
、I
I
、I
G
的权重；其中，
[0018]I
Y
由下式计算得出：
[0019][0020]式中，x
Y
表示测点的应力值；
[0021]I
I
由下式计算得出：
[0022][0023]式中，x
I
表示测点的当前应力值与开始统计的应力值之差；
[0024]I
G
由下式计算得出：
[0025][0026]式中，x
G
表示测点的当前应力值与上一刻的应力值之差；
[0027]若上面三个公式的x
Y
、x
I
、x
G
取值小于等于0时，I
Y
、I
I
、I
G
取值为0；
[0028]S3、将步骤S1获得的基于钻孔应力值的围岩应力状态指标S
f
，与步骤S2获得的基于时间序列的围岩应力等级状态指标S
t
按下式进行结合，得到最终表示围岩应力状态的无量纲量S
c
：
[0029]S
c
＝k
f
S
f
+k
t
S
t
[0030]式中，k
f
表示指标S
f
的权重，k
t
表示指标S
t
的权重；
[0031]S4、根据所述无量纲量S
c
，利用步骤S1中设计的RGB颜色对应的值，对测点进行颜色表征，通过插值法对工作面钻孔应力计测点其他区域添加设计的RGB颜色并进行绘图，实现整个工作面区域不同RGB颜色的表征，通过区域颜色的深浅来表征应力集中区域，并且随着时间变化，钻孔探测区域的整个GRB颜色也随之变化，具有时间效应。
[0032]与现有技术相比，本专利技术提供的基于煤矿巷道围岩应力在线监测系统的应力状态分析方法，在工作面上下两巷道布置相对应的若干钻孔测点，应力传感器安装在巷壁钻孔中，应力传感器把变形量转换成电压信号，通过变送器转换为数字信号后经传输站和传输终端传输至计算机进行实时在线和长期监控，并根据巷道布置的若干应力传感器的应力值进行智能分析，来反演围岩应力状态，因此具有以下优点：1、基于煤巷设置的钻孔位置进行应力传感器设备安装，安装时间成本低，设备使用时间长，适于普遍推广应用；2、井下不需供电，现场安全；3、应力传感器布满在工作面上下两巷道钻孔的煤岩体中，因而极大地提高了监测范围和监测精度，可有效避免复杂恶劣环境下电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于煤矿巷道围岩应力在线监测系统的应力状态分析方法，其特征在于，该方法中采用的钻孔应力在线监测系统包括若干应力传感器，所述若干应力传感器布置于工作面上下两巷道巷帮中部位置向煤层每间隔一定距离钻孔中的煤岩体内，所述应力传感器通过通讯电缆顺序与变送器、矿用传输分站、矿用传输总站、地面传输终端和计算机电连接，所述钻孔应力在线监测系统用于实时获取并显示工作面上下两巷道每个钻孔位置的应力值；该方法包括以下步骤：S1、设在t0时刻，上下两巷道应力传感器监测得到的钻孔应力值为x1，x2，x3，
…
，x
n
序列，将钻孔应力值x1，x2，x3，
…
，x
n
序列按下式进行标准化变换：式中，x
i
为t0时刻第i个钻孔的应力值；进行标准化变换之后形成新序列y1，y2，y3，
…
，y
n
∈[0,1]，且无量纲；将这些应力值转换后的无量纲0～1闭区间划分为20等份，利用RGB颜色对照表选取20个颜色，分别对应表示这划分出来的20等份，无量纲的计算的结果越接近1，使用越深的颜色来进行表征；对于在某一时刻t
i
、某一个测点所反应的围岩应力状态S
f
用如下公式表示：S
f
＝y
i
S2、设在t0时刻，某一测点的钻孔应力值为x
(t＝0)
；t1时刻，该测点的钻孔应力值为x
(t＝1)
；因此，在t0，t1，
…
，t
n
时刻，某一个测点的钻孔应力值可表示如下：x
(t＝0)
，x
(t＝1)
，x
(t＝2)
，
…
，x
(t＝n)
则基于时间序列的某测点所反应的围岩应力等级状态通过下式表示：S
t
＝K1*I
Y
+K2*I
I
+K3*I
G
式中，S
t
为时间序列条件下测点i所反应的围岩应力等级状态；I
Y
为应力测点的应力值大小转换后的危险指标；I
I
为由增幅值计算转换得到的危险指标，即当前应力值与开始统计的应力值之差；I
G
为由增速值计算转换得到的危险指标，即当前...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈结，杜俊生，蒲源源，姜德义，陈紫阳，张允瑞，袁强，任奕伟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：