一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构及其监测方法技术

本发明专利技术公开了一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构及其监测方法，布置结构包括工作面采空区、工作面、工作面主运巷、煤柱、外围巷道和未开采煤体，在煤柱靠近外围巷道的一侧面开设有若干个沿开采方向依次排列的钻孔；在每个钻孔内的最深处插设有油压枕应力计；监测方法包括以下步骤：(1)设置钻孔；(2)布置监测设备；(3)数据采集；(4)数据处理。有益效果：本发明专利技术可实现对采空区侧向应力大范围的实时监测，可实现对工作面回采前、回采期间和回采后三个时间段的实时监测，避免监测设备的浪费，减少了监测的成本；同时保证了监测数据的传输稳定。定。定。

【技术实现步骤摘要】
一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构及其监测方法

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[0001]本专利技术专利涉及煤矿安全监测领域，具体涉及一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构及其监测方法。

技术介绍
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[0002]工作面回采以后，采空区周边煤岩体受力平衡状态被打破，上覆顶板岩层出现不同程度的下沉、断裂、垮落，采空区上覆顶板压力不断向周围煤层传递，形成采空区侧向应力，它是引起冲击地压发生的力量根源。因此采空区侧向应力规律的研究，可以判定采空区上方顶板岩层的破断时间，为相邻工作面掘进的掘进时机提供技术支撑；还可以研究采空区周围煤柱的弹塑性变化，为相邻巷道锚杆的锚固等提供技术支撑；还可以研究采空区边缘顶板的破断时机，为沿空巷道围岩变形的演化提供技术支撑。
[0003]其中专利号为CN212406808U的专利，公开了一种煤矿采空区侧向煤体支承压力安全监测系统，从工作面一侧的监测巷道向煤柱中设置八通道应力采集器，钻孔应力计置于煤层内的钻孔内；专利号为 CN104265364B的专利，公开了工作面采空区侧向煤体塑性区宽度监测确定方法，超前回采工作面的50～100m范围内，在回采巷道的非回采帮，钻取不同深度的水平孔若干个；在每一个所述水平孔内布置一台钻孔应力计；上述两篇专利均存在以下问题：1、将应力计布置在工作面前方的煤柱的不同深度，因此只能监测到工作面的超前应力分布特征，无法实现监测采空区后方足够远、采空区侧向足够深，并且监测时间短，因此无法实现获取大范围采空区侧向应力监测数据，使得采空区侧向应力研究受限；2、监测设备传输效果差；当工作面移动到应力采集器附近时，工作面处工作的采煤机在截割煤体时，会扰动应力采集器，进而导致监测数据传输不稳定，数据存在忽高忽低的现象；3、监测设备浪费严重；为得出煤柱上完整的不同深度的应力监测数据，测区的八通道应力采集器逐渐进入采空区后，接着再对工作面前的煤柱进行安装应力采集器，由于采空区非常危险，禁止进人，因此采空区内的应力采集器无法取出，进而导致监测设备浪费严重。

技术实现思路
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[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构及其监测方法，本专利技术提供的布置结构满足监测采空区后方足够远、采空区侧向足够深的侧向应力，且可长时间监测。
[0005]本专利技术的技术方案一方面公开了一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构，其包括工作面采空区、工作面、工作面主运巷、煤柱、外围巷道和未开采煤体；沿着开采方向依次有所述工作面采空区和所述工作面；在所述工作面的一侧依次设置有沿开采方向设置的所述工作面主运巷、所述煤柱、所述外围巷道和所述未开采煤体；在所述煤柱靠近所述外围巷道的一侧面开设有若干个沿开采方向依次排列的钻孔；在每个所述钻孔内的最深处插设有油压枕应力计；每个所述油压枕应力计分别通过进油钢管连接有应力传感器，所述应力传感器的信号输出端分别与显示屏和数据收集器的信号输入端连接。
[0006]进一步的，在所述未开采煤体靠近所述外围巷道的一侧面开设有若干个沿开采方向依次排列的钻孔。
[0007]进一步的，所述煤柱上的第一个所述钻孔与所述工作面在开采方向上的距离为H1＝200
‑
600m，所述煤柱上的第一个所述钻孔的盲端与所述煤柱远离所述外围巷道的一面的距离为L1＝3
‑
12m。
[0008]进一步的，所述未开采煤体的第一个所述钻孔与所述工作面在开采方向上的距离为H2＝200
‑
600m；所述未开采煤体的第一个所述钻孔的深度L2≤30m。
[0009]进一步的，在同一面相邻的所述钻孔之间的开孔间距为h＝1
‑
4m；在同一面每个所述钻孔的深度沿着开采方向依次减少l＝1
‑
4m。
[0010]本专利技术的技术方案另一方面公开了一种监测煤矿采空区侧向应力的方法，其包括以下步骤：
[0011](1)设置钻孔：根据监测煤矿采空区侧向应力的布置结构对煤柱和未开采煤体分别进行施工钻孔，得到若干个钻孔，对每个钻孔分别进行编号为N
x
，x为大于等于1的正整数；
[0012](2)布置监测设备：根据所述布置结构分别在步骤(1)中的每个所述钻孔内的插设油压枕应力计，每个所述油压枕应力计分别通过进油钢管应力传感器连接，所述应力传感器与固定在所述煤柱或所述未开采煤体表面的显示屏通过无线连接，所述应力传感器与位于地面的数据收集器通过无线连接；
[0013](3)数据采集：当所述钻孔发生形变挤压步骤(2)中的相对应的所述油压枕应力计时，使其油压枕发生形变，油压枕再经枕内液压油将变化的应力传递给应力传感器，应力传感器将应力变化量转换成无线信号，再传输到显示屏上实时显示，也可通过无线传输，传送至地面的数据收集器，实现对监测数据的收集。
[0014](4)数据处理：依据步骤(3)所采集的监测数据，根据时间轴上的侧向应力监测数据得出距离工作面不同距离的应力分布状况。
[0015]本专利技术的优点：
[0016]1、本专利技术提供了一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构，通过在外围巷道两侧提前布置不同深度的油压枕应力计，可实现对采空区侧向应力大范围的实时监测，进而可得出采空区侧向大范围的应力演化全过程，包括煤柱内侧塑性应力各测点的压力变化以及未开采煤体内侧塑性应力各测点的压力变化。
[0017]2、本专利技术提供了一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构，通过在外围巷道两侧提前布置不同深度的油压枕应力计，可实现对工作面回采前、回采期间和回采后三个时间段的实时监测，即实现对工作面超前应力分布特征的实时监测，又能够满足采空区后方侧向煤体应力的长时间实时监测。
[0018]3、本专利技术提供了一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构，在外围巷道两侧面设置的显示屏等监测设备在其不使用的时候，可以进行回收再利用，避免监测设备的浪费，减少了监测的成本；同时避免了工作面处工作的采煤机对监测设备的影响，保证了监测数据的传输稳定。
[0019]4、专利技术提供了一种监测煤矿采空区侧向应力的方法，可以得出采空区侧向应力的演化过程，进而可以判定采空区上方顶板岩层的破断时间，为相邻工作面掘进的掘进时机
提供技术支撑；还可以研究采空区周围煤柱的弹塑性变化，为相邻巷道锚杆的锚固等提供技术支撑；还可以研究采空区边缘顶板的破断时机，为沿空巷道围岩变形的演化提供技术支撑。
附图说明：
[0020]工作面采空区1，工作面2，工作面主运巷3，煤柱4，外围巷道 5，未开采煤体6，钻孔7，油压枕应力计8，进油钢管9，应力传感器10，显示屏11，数据收集器12。
[0021]图1为本专利技术实施例1的整体结构示意图。
[0022]图2为本专利技术实施例1中的部分钻孔进入采空区的状态结构示意图。
[0023]图3为本专利技术实施例1中部分钻孔内所测得的压力变化曲线图。
具体实施方式：
[0024]下面将通过实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0025]实施例1：如图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构，其包括工作面采空区、工作面、工作面主运巷、煤柱、外围巷道和未开采煤体；沿着开采方向依次有所述工作面采空区和所述工作面；在所述工作面的一侧依次设置有沿开采方向设置的所述工作面主运巷、所述煤柱、所述外围巷道和所述未开采煤体；其特征在于，在所述煤柱靠近所述外围巷道的一侧面开设有若干个沿开采方向依次排列的钻孔；在每个所述钻孔内的最深处插设有油压枕应力计；每个所述油压枕应力计分别通过进油钢管连接有应力传感器，所述应力传感器的信号输出端分别与显示屏和数据收集器的信号输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构，其特征在于，在所述未开采煤体靠近所述外围巷道的一侧面开设有若干个沿开采方向依次排列的钻孔。3.根据权利要求1所述的一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构，其特征在于，所述煤柱上的第一个所述钻孔与所述工作面在开采方向上的距离为H1＝200
‑
600m，所述煤柱上的第一个所述钻孔的盲端与所述煤柱远离所述外围巷道的一面的距离为L1＝3
‑
12m。4.根据权利要求2所述的一种监测煤矿采空区侧向应力的布置结构，其特征在于，所述未开采煤体的第一个所述钻孔与所述工作面在开采方向上的距离为H2＝200
‑
600m；所述未开采煤体的第一个所述钻孔的深度L2≤30m...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙凯，高敬勇，赵乾，苏士杰，武少国，高剑峰，韩宗会，简丰坝，
申请(专利权)人：中天合创能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：