一种煤矿巷道矿山压力监测设备及预警预报分析方法技术

本发明专利技术公开了一种煤矿巷道矿山压力监测设备及预警预报分析方法，所述设备包括信号转化器、锚杆传感器或锚索传感器、围岩位移传感器；所述锚杆传感器或所述锚索传感器用于采集巷道矿山的受力数据，所述围岩位移传感器用于采集巷道矿山的位移数据，所述信号转化器用于接收所述受力数据和所述位移数据，并按照预定格式同步发送到所述上位机。所述方法包括：提取传感器监测数据特征值；根据各传感器监测数据特征值，将巷道围岩受力与位移的监测数据进行协同分析，得出综合分析结果。本发明专利技术将巷道矿山压力监测过程中受力和位移两个维度的指标综合考虑分析，降低了巷道矿山压力分析误差，并设计了综合分析算法，为巷道矿山压力智能化发展奠定了基础。能化发展奠定了基础。能化发展奠定了基础。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿巷道矿山压力监测设备及预警预报分析方法


[0001]本专利技术涉及巷道矿山压力监测
，特别涉及一种煤矿巷道矿山压力监测设备及预警预报分析方法。

技术介绍

[0002]目前，巷道矿山压力监测内容主要包括两个方面：受力和位移。围岩受力情况通过锚杆或锚索测力计监测，通过监测锚杆、锚索的受力情况，可以反映两方面的信息：锚杆、锚索支护体受力变化情况；巷道围岩压力变化情况。围岩的位移情况主要通过围岩移动测定仪监测，通过钻孔内不同基点位移的变化量，反映巷道围岩的位移变化，位移变化包含两部分：顶板的离层量和两帮位移量。
[0003]巷道围岩在变化过程中既有力的变化又有位移的变化，且力和位移是相伴相生，互为联系。然而，目前实际在采集围岩受力和位移量两个参数过程中，采用不同的监测设备进行数据采集，人为将反映岩层信息的两个指标割裂开来，分别监测，造成实际应用过程中出现较大误差。
[0004]巷道矿山压力数据分析过程中需要受力和位移两个指标，分别进行监测数据进行分析和评价，但是这种分析方法人为将围岩的两个维度信息分开，分析结果往往不能真实反映现场情况或出现误报警的情况。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种煤矿巷道矿山压力监测设备及预警预报分析方法，研发了一种能够同时采集巷道围岩受力与位移的信号转化器，并设计了相应的预警分析算法，将巷道矿山压力监测过程中受力和位移两个维度指标综合考虑分析，从而降低巷道矿山压力分析误差。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的实施例提供如下方案：
[0007]一方面，提供了一种煤矿巷道矿山压力监测设备，包括信号转化器、锚杆传感器或锚索传感器、围岩位移传感器，所述锚杆传感器或所述锚索传感器连接所述信号转化器，所述围岩位移传感器连接所述信号转化器，所述信号转化器连接上位机；
[0008]所述锚杆传感器或所述锚索传感器用于采集巷道矿山的受力数据，所述围岩位移传感器用于采集巷道矿山的位移数据，所述信号转化器用于接收所述受力数据和所述位移数据，并按照预定格式同步发送到所述上位机，所述上位机将接收的预定格式的数据存储在同一张数据库列表中。
[0009]优选地，所述预定格式为：Time+MG data+MS data+WYYD data，其中Time为数据采集时间，MG data为所述锚杆传感器采集的受力数据，MS data为所述锚索传感器采集的受力数据，WYYD data为所述围岩位移传感器采集的位移数据。
[0010]优选地，所述上位机内设置有预警指标体系，包括：
[0011]锚杆传感器预警指标：锚杆屈服强度的80％；
[0012]锚索传感器预警指标：锚索破断强度的80％；
[0013]蝶形围岩应力受力状态预警指标；
[0014]围岩位移传感器预警指标：锚杆或锚索延伸率的80％；
[0015]以锚杆或锚索疲劳损伤情况下破断值作为交变荷载下支护体预警指标；
[0016]锚杆或锚索预紧力不合格预警指标；
[0017]锚杆或锚索超前支承压力范围的预测预报。
[0018]优选地，所述上位机对于监测数据的分析流程包括：
[0019]巷道围岩受力分析：
[0020]判断受力数据是否超出预警值，若超出预警值，则发出预警信息，并判断是否传感器误报，若不是传感器误报，则分析锚杆或锚索的受力状态，包括：锚杆或锚索的受力是否升高或降低，锚杆或锚索的预紧力是否合格，围岩是否整体位移，是否存在交变荷载，锚杆或锚索是否承受超前支承压力；通过分析各项预警指标的曲线特征，得出分项分析结论；若是传感器误报，则根据曲线特征得出误报类型，包括突变、设备短路、超过阈值，并给出相应传感器检修预警；
[0021]若受力数据未超出预警值，则进行锚杆或锚索常规受力参数分析，包括设备与工作面间距、锚杆或锚索数据变化率、周期内锚杆或锚索受力均值及标准差，生成常规分析结论，给出设备安装位置常规分析结论及安全性评价；
[0022]巷道围岩位移分析，包括巷道浅部位移分析和巷道深部位移分析：
[0023]判断位移数据是否超出预警值，若超出预警值，则发出预警信息，并判断是否传感器误报，若不是传感器误报，则分析巷道浅部位移图形和巷道深部位移图形，得到浅部位移变化速率和浅部位移量，以及深部位移变化速率和深部位移量，根据浅部位移量和深部位移量得到围岩离层量，进而得出围岩移动分析结论；若是传感器误报，则根据曲线特征得出误报类型，包括突变、设备短路、深基点或浅基点反向，并给出相应传感器检修预警；
[0024]若位移数据未超出预警值，则进行常规围岩移动数据分析，包括设备与工作面间距、监测设备基点设置、周期内离层极值和均值分析，生成常规分析结论，给出设备安装位置常规分析结论及安全性评价；
[0025]之后，进行巷道围岩受力与位移的协同分析，给出整体分析结论，并提供相应控制策略。
[0026]一方面，提供一种基于所述的煤矿巷道矿山压力监测设备的预警预报分析方法，包括以下步骤：
[0027]S1、提取传感器监测数据特征值，包括：割线斜率K，监测数据均值监测数据标准差σ和监测数据变化率Δ；
[0028]S2、根据锚杆传感器或锚索传感器的监测数据特征值分析巷道围岩受力情况；
[0029]S3、根据围岩位移传感器的监测数据特征值分析巷道围岩位移情况；
[0030]S4、根据监测数据特征值对传感器进行故障诊断；
[0031]S5、对传感器进行常规监测数据分析；
[0032]S6、将巷道围岩受力的监测数据与巷道围岩位移的监测数据进行协同分析，受力与位移两个维度衍生出四个指标：锚杆受力、锚索受力、深部位移、浅部位移，利用雷达图展示四个指标的相互关系，得出综合分析结果。
[0033]优选地，步骤S1中，割线斜率K是指连接监测曲线上任一点与分析周期内初始数据点所形成的直线斜率，割线斜率K计算公式为：
[0034][0035]割线斜率最大值K
max
为：
[0036]K
max
＝max{|tanα
i
|}，i∈(1,n)
[0037]割线斜率平均值为：
[0038][0039]监测数据均值计算公式为：
[0040][0041]式中：m是分析周期内实测数据量，m＝n+1；P
ti
是每个时刻的监测数据；
[0042]监测数据标准差σ计算公式为：
[0043][0044]监测数据变化率Δ计算公式为：
[0045][0046]优选地，步骤S2包括：
[0047]S201、判断锚杆传感器或锚索传感器的监测数据曲线是否有增加或者上升的趋势，需满足4个条件：
[0048]Ⅰ.数据变化率Δ>5％；
[0049]Ⅱ.最大割线斜率K
max
＞0.2；
[0050]Ⅲ.平均割线斜率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿巷道矿山压力监测设备，其特征在于，包括信号转化器、锚杆传感器或锚索传感器、围岩位移传感器，所述锚杆传感器或所述锚索传感器连接所述信号转化器，所述围岩位移传感器连接所述信号转化器，所述信号转化器连接上位机；所述锚杆传感器或所述锚索传感器用于采集巷道矿山的受力数据，所述围岩位移传感器用于采集巷道矿山的位移数据，所述信号转化器用于接收所述受力数据和所述位移数据，并按照预定格式同步发送到所述上位机，所述上位机将接收的预定格式的数据存储在同一张数据库列表中。2.根据权利要求1所述的煤矿巷道矿山压力监测设备，其特征在于，所述预定格式为：Time+MG data+MS data+WYYD data，其中Time为数据采集时间，MG data为所述锚杆传感器采集的受力数据，MS data为所述锚索传感器采集的受力数据，WYYD data为所述围岩位移传感器采集的位移数据。3.根据权利要求1所述的煤矿巷道矿山压力监测设备，其特征在于，所述上位机内设置有预警指标体系，包括：锚杆传感器预警指标：锚杆屈服强度的80％；锚索传感器预警指标：锚索破断强度的80％；蝶形围岩应力受力状态预警指标；围岩位移传感器预警指标：锚杆或锚索延伸率的80％；以锚杆或锚索疲劳损伤情况下破断值作为交变荷载下支护体预警指标；锚杆或锚索预紧力不合格预警指标；锚杆或锚索超前支承压力范围的预测预报。4.根据权利要求1所述的煤矿巷道矿山压力监测设备，其特征在于，所述上位机对于监测数据的分析流程包括：巷道围岩受力分析：判断受力数据是否超出预警值，若超出预警值，则发出预警信息，并判断是否传感器误报，若不是传感器误报，则分析锚杆或锚索的受力状态，包括：锚杆或锚索的受力是否升高或降低，锚杆或锚索的预紧力是否合格，围岩是否整体位移，是否存在交变荷载，锚杆或锚索是否承受超前支承压力；通过分析各项预警指标的曲线特征，得出分项分析结论；若是传感器误报，则根据曲线特征得出误报类型，包括突变、设备短路、超过阈值，并给出相应传感器检修预警；若受力数据未超出预警值，则进行锚杆或锚索常规受力参数分析，包括设备与工作面间距、锚杆或锚索数据变化率、周期内锚杆或锚索受力均值及标准差，生成常规分析结论，给出设备安装位置常规分析结论及安全性评价；巷道围岩位移分析，包括巷道浅部位移分析和巷道深部位移分析：判断位移数据是否超出预警值，若超出预警值，则发出预警信息，并判断是否传感器误报，若不是传感器误报，则分析巷道浅部位移图形和巷道深部位移图形，得到浅部位移变化速率和浅部位移量，以及深部位移变化速率和深部位移量，根据浅部位移量和深部位移量得到围岩离层量，进而得出围岩移动分析结论；若是传感器误报，则根据曲线特征得出误报类型，包括突变、设备短路、深基点或浅基点反向，并给出相应传感器检修预警；若位移数据未超出预警值，则进行常规围岩移动数据分析，包括设备与工作面间距、监
测设备基点设置、周期内离层极值和均值分析，生成常规分析结论，给出设备安装位置常规分析结论及安全性评价；之后，进行巷道围岩受力与位移的协同分析，给出整体分析结论，并提供相应控制策略。5.一种基于权利要求1至4中任一项所述的煤矿巷道矿山压力监测设备的预警预报分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、提取传感器监测数据特征值，包括：割线斜率K，监测数据均值P、监测数据标准差σ和监测数据变化率Δ；S2、根据锚杆传感器或锚索传感器的监测数据特征值分析巷道围岩受力情况；S3、根据围岩位移传感器的监测数据特征值分析巷道围岩位移情况；S4、根据监测数据特征值对传感器进行故障诊断；S5、对传感器进行常规监测数据分析；S6、将巷道围岩受力的监测数据与巷道围岩位移的监测数据进行协同分析，受力与位移两个维度衍生出四个指标：锚杆受力、锚索受力、深部位移、浅部位移，利用雷达图展示四个指标的相互关系，得出综合分析结果。6.根据权利要求5所述的预警预报分析方法，其特征在于，步骤S1中，割线斜率K是指连接监测曲线上任一点与分析周期内初始数据点所形成的直线斜率，割线斜率K计算公式为：割线斜率最大值K
max
为：K
max
＝max{|tanα
i
|}，i∈(1,n)割线斜率平均值为：监测数据均值计算公式为：式中：m是分析周期内实测数据量，m＝n+1；P
ti
是每个时刻的监测数据；监测数据标准差σ计算公式为：监测数据变化率Δ计算公式为：7.根据权利要求6所述的预警预报分析方法，其特征在于，步骤S2包括：S201、判断锚杆传感器或锚索传感器的监测数据曲线是否有增加或者上升的趋势，需满足4个条件：Ⅰ.数据变化率Δ>5％；
Ⅱ
.最大割线斜率K
max
＞0.2；Ⅲ.平均割线斜率绝对值Ⅳ.其中锚杆屈服强度80％、锚索破断强度80％；S202、判断锚杆或者锚索是否达到预警值，需满足2个条件：Ⅰ.Ⅱ.数据变化率Δ>3％；S203、判断监测数据曲线是否有降低或者下降的趋势，需满足3个条件：Ⅰ.数据变化率Δ>5％；Ⅱ.平均割线斜率Ⅲ.S204、判断监测数据曲线是否承受交变荷载作用，需满足3个条件：Ⅰ.数据变化率Δ＞5％；Ⅱ.平均割线斜率Ⅲ.S205、判断监测数据曲线是否有先升高后降低的情况，需满足3个条件：Ⅰ.最大割线斜率K
max
≥0；Ⅱ.平均割线斜率III.S206、判断巷道承受工作面超前支承压力是否上升，需满足5个条件：Ⅰ.最大割线斜率K
max
≥0.05；Ⅱ.当K≥0.5K
max
时对应的时间T
0.5
为超前支承压力影响的起始点；K
max
对应时间点T
max
为超前支承压力影响的峰值点；Ⅲ.在T
max
时刻采煤工作面到监测设备即传感器的距离D
max
，满足：0≤D
max
≤150m；Ⅳ.T
0.5
≠T
max
；
Ⅴ
.当
Ⅰ→Ⅳ
无法校验曲线是否上...

【专利技术属性】
技术研发人员：连小勇，李军，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：