一种煤柱损伤破坏监测方法技术

本发明专利技术公开一种煤柱损伤破坏监测方法，首先需要建立煤柱位置的坐标系，随着工作面推进，在煤柱表面（储水区一侧）安装应力传感器、流向监测器，并对应力传感器、流向监测器按坐标位置进行编号，工作面开采完毕后，通过人工坝体将开采区域进行封闭，形成煤矿地下水库，向水库中注水后，对煤柱表面布设的应力传感器、流向监测器进行监测，通过对监测数据进行分析处理，确定煤柱是否发生损伤破坏，以及发生损伤破坏的位置。本发明专利技术实现了煤柱损伤破坏位置及程度的实时在线监测，且监测过程不会对煤柱造成损伤，具有精准度高、成本低、简单易操作等优点。作等优点。作等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种煤柱损伤破坏监测方法


[0001]本专利技术涉及煤炭开采领域，尤其涉及一种适用于煤矿地下水库煤柱坝体（区段煤柱）损伤破坏的实时监测与定位方法，能够实现对煤柱坝体发生损伤破坏的严重程度及位置进行实时监测、定位。

技术介绍

[0002]煤炭开采水资源保护与利用是煤炭安全、绿色开发的重大技术难题，据不完全统计，每开采1吨煤炭，将产生2吨矿井水，矿井水直接外排地表不仅造成水资源的大量浪费，同时也加剧了地表脆弱生态环境的进一步恶化。为了保护矿井水资源，国内学者提出了以“导储用”为核心的煤矿地下水库技术体系，利用煤矿采煤工作面采空区冒落岩石的空隙、裂隙等对矿井水进行储存、过滤、吸附、离子交换等。
[0003]煤矿地下水库是利用煤炭开采过程中形成的区段保护煤柱作为坝体对储水区域进行封闭，见图1所示，煤柱坝体(区段保护煤柱)的稳定性与防渗效果直接影响煤矿地下水库的安全。煤矿地下水库在储水与放水过程中，煤柱坝体(区段保护煤柱)不仅受到矿山压力的作用，还受到矿井水循环静、动载荷、渗透压力的耦合作用，煤柱坝体极易发生渗漏、溃坝等，造成安全事故，煤柱坝体的损伤破坏实时监测是保障煤柱坝体安全的关键。
[0004]通过对国内外相关文献进行检索，专利号为202111423562.3的专利公开了一种渗流监测器、渗流监测系统及地下水库渗流监测方法，这种方法是通过在钻孔内安装渗流监测器来监测煤柱的渗流情况，其中渗流监测器主要通过温度、压力等传感器对水的渗流进行监测，但这种方法需要在煤柱内部进行钻孔作业，煤柱钻孔本身会降低煤柱强度，并且每个钻孔均需要布设一个监测器，成本较高；专利号为202111225516.2的专利公开了一种煤矿地下水库防隔水煤岩柱厚度无损智能探测技术实验装置，这种装置采用超声波的方法对煤矿地下水库的防隔水煤岩柱进行探测，从而获取煤岩柱裂隙发育情况；专利号为202010886504.3的专利公开了一种用于煤矿地下水库煤柱坝体结构的监测预警方法与系统，主要是采用机器学习与深度学习方法对监测信息进行分析处理，从而得出煤柱坝体的稳定性。
[0005]上述方法采用对煤柱进行钻孔，并放置监测装置，或者采用超声波进行煤柱损伤破坏监测，这些方法均属于传统监测方法，存在监测范围小、数据分析困难、准确性低等问题，难以实现煤柱坝体的实时、大范围监测，该问题亟待解决。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本专利技术提出了一种煤柱损伤破坏监测方法，利用煤矿地下水库内水力压差的变化对煤柱的损伤破坏进行监测，可以实现煤柱损伤破坏的实时监测，并对发生损伤破坏的位置进行定位。
[0007]本专利技术提供一种煤柱损伤破坏监测方法，包括：以工作面开切眼位置为坐标原点O，以工作面推进方向为x轴，以煤层厚度方向为y
轴，建立平面直角坐标系，并对煤柱的具体位置进行标定；随着工作面推进，在煤柱表面（储水区一侧）安装应力传感器、流向监测器，并对应力传感器、流向监测器按坐标位置进行编号；工作面开采完毕后，通过人工坝体将开采区域进行封闭，形成煤矿地下水库，向水库中注水后，对煤柱表面布设的应力传感器、流向监测器进行监测；通过对监测数据进行分析处理，确定煤柱是否发生损伤破坏，以及发生损伤破坏的位置。
[0008]进一步的，所述流向监测器包括叶轮、轴编码器、固定轴、固定座；两个相邻流向监测器在煤柱上进行布设时，应保证两个相邻流向监测器的叶轮为垂直方向；通过所述轴编码器可以监测叶轮的转动方向与转动速度，通过不同的流向监测器的叶轮的转动方向可以确定煤柱发生损伤破坏的位置。
[0009]更进一步的，所述在煤柱表面（储水区一侧）安装应力传感器、流向监测器，所述应力传感器之间的水平间距（x轴方向间距）为1.5m，应力传感器之间的垂向间距（y轴方向间距）为1m，应力传感器的数据连接线从区段煤柱两侧的人工坝体引出；所述流向监测器布置在应力传感器之间，流向监测器之间的水平间距（x轴方向间距）为1.5m，流向监测器之间的垂向间距（y轴方向间距）为1m，流向监测器的数据连接线从区段煤柱两侧的人工坝体引出。
[0010]再进一步的，所述对煤柱表面布设的应力传感器、流向监测器进行监测；通过应力传感器可以监测水压的变化，当煤柱发生损伤破坏后，煤柱内产生裂隙，水通过煤柱内的裂隙渗出，导致裂隙周围的应力传感器监测的压力值降低或发生波动，若相邻几个应力传感器监测的应力值均发生下降或发生波动，则表明裂隙发生在相邻几个应力传感器的位置附近；监测的应力传感器的压力值下降速度越快、下降后的值越小，则说明煤柱损伤破坏越严重；通过流向监测器可以监测水流的方向，煤柱发生损伤破坏后，水通过裂隙渗出，导致裂隙周围流向监测器的叶轮转动方向、转动速度不同，通过分析流向监测器的叶轮转动方向、转动速度可以确定煤柱发生损伤破坏的位置；综合应力传感器与流向监测器的监测结果，可以确定煤柱发生损伤破坏的位置及损伤破坏程度。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的应用场景
‑‑
煤矿地下水库的结构示意图；图2为本专利技术提出的一种煤柱损伤破坏监测方法的流程图；图3为本专利技术提出的对煤柱及传感器进行标定的坐标系示意图；图4为本专利技术提出的传感器布置方案示意图；图5为本专利技术提出的流向监测器的结构示意图；图6为本专利技术提出的流向监测器的部分结构示意图；图7为本专利技术提出的流向监测器的布设方案示意图。
具体实施方式
[0012]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0013]本实施例提供一种煤柱损伤破坏监测方法，具体主要包括以下步骤，见图2所示：S101,以工作面开切眼位置为坐标原点O，以工作面推进方向为x轴，以煤层厚度方向为y轴，建立平面直角坐标系，并对煤柱的具体位置进行标定，见图3所示；具体的，坐标原点O为开切眼处煤层底板与开切眼处煤壁的交点，见图3所示，由于受到煤层起伏变化影响，煤柱形态一般也随煤层起伏发生变化，将煤柱形态在上述平面直角坐标系中进行标定，得到煤柱与顶板岩层、底板岩层连接处的坐标，确定煤柱的坐标位置。
[0014]S102,随着工作面推进，在煤柱表面（储水区一侧）安装应力传感器、流向监测器，并对应力传感器、流向监测器按坐标位置进行编号，见图4
‑
7所示；具体的，在煤柱表面（储水区一侧）沿x轴方向、y轴方向分别布设应力传感器，应力传感器之间的水平间距（x轴方向间距）为1.5m，应力传感器之间的垂向间距（y轴方向间距）为1m，应力传感器的数据连接线从区段煤柱两侧的人工坝体引出；在煤柱表面（储水区一侧）沿x轴方向、y轴方向分别布设流向监测器，所述流向监测器主要包括：叶轮1、轴编码本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤柱损伤破坏监测方法，其特征在于，包括：以工作面开切眼位置为坐标原点O，以工作面推进方向为x轴，以煤层厚度方向为y轴，建立平面直角坐标系，并对煤柱的具体位置进行标定；随着工作面推进，在煤柱表面（储水区一侧）安装应力传感器、流向监测器，并对应力传感器、流向监测器按坐标位置进行编号；工作面开采完毕后，通过人工坝体将开采区域进行封闭，形成煤矿地下水库，向水库中注水后，对煤柱表面布设的应力传感器、流向监测器进行监测；通过对监测数据进行分析处理，确定煤柱是否发生损伤破坏，以及发生损伤破坏的位置。2.根据权利要求1所述的一种煤柱损伤破坏监测方法，其特征在于，所述流向监测器包括叶轮、轴编码器、固定轴、固定座；两个相邻流向监测器在煤柱上进行布设时，应保证两个相邻流向监测器的叶轮为垂直方向；通过所述轴编码器可以监测叶轮的转动方向与转动速度，通过不同的流向监测器的叶轮的转动方向可以确定煤柱发生损伤破坏的位置。3.根据权利要求1所述的一种煤柱损伤破坏监测方法，其特征在于，所述在煤柱表面（储水区一侧）安装应力传感器、流向监测器，所述应力传感器之间的水平间距（x轴方向间距）为1.5m，应力传感器之间的垂向...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞义辉，张自发，魏文辉，魏泽润，魏文胜，石瑶玉，
申请(专利权)人：中煤科工开采研究院有限公司鄂尔多斯市营盘壕煤炭有限公司中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：