一种倾斜矿体开采充填体动态监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种倾斜矿体开采充填体动态监测系统及方法，包括围岩、矿柱、充填体、传感器、电缆线保护管和读数仪；围岩与矿柱构成充填体的赋存环境，传感器的电缆线穿过电缆线保护管和读数仪相接；传感器包括渗压计、与渗压计连接的渗压计电缆线、压力盒、与压力盒连接的压力盒电缆线、应变计以及与应变计连接的应变计电缆线；充填体分层充填于围岩与矿柱围成的空间内，渗压计、压力盒以及应变计安装在不同的高程位置的充填体内，渗压计电缆线、压力盒电缆线以及应变计电缆线穿过电缆线保护管与读数仪连接。本发明专利技术的监测准确度较高、合理性较强，弥补了目前矿山井下开采过程中针对充填体充水与压力动态系统监测方法的不足。充填体充水与压力动态系统监测方法的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种倾斜矿体开采充填体动态监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及矿山工程地下开采的
，尤其涉及一种倾斜矿体开采充填体动态监测系统及方法。

技术介绍

[0002]矿山点柱式上向水平分层充填方法，每个中段分层结束后，均采用水泥尾砂浆充填形成人工假底，作为下部中段最后一分段回采时的假顶。经过不断生产作业，在水泥尾砂浆充填过程中，充填水不断补给并向下渗透，形成含水充填体，导致下中段向上回采至最后分段时可能出现顶板失稳和井巷涌水等较大安全生产风险。因此，需要在人工假底及下部生产区域之间留设一定厚度的隔离矿柱，阻隔含水充填体对下部开采区域的影响。
[0003]考虑到采场内充填体含水状态的隐蔽性、充填体与留设隔离顶柱受力变形特征的复杂性，为了确保安全生产，避免发生顶板失稳与井巷涌水等较大安全事故，有必要对充填体内的水位、应力、矿柱受力以及隔离顶柱上部充填体赋水情况进行监测和探测，并且根据获得的数据及时预警，为确保现场安全生产、采取应对措施和调整采矿方法等提供依据。目前针对上述监测方案的案例并不多见，有必要开展相应的动态监测系统与方法的研究。

技术实现思路

[0004]基于上述现有技术存在的不足，本专利技术所要解决的技术问题是在于提供一种倾斜矿体开采充填体动态监测系统及方法，满足矿山现场实际施工条件、便于动态采集多种参数、能够对电缆线进行保护，弥补了倾斜矿体充填体监测手段的不足。
[0005]本专利技术的目的主要针对倾斜矿体充填体，随着分层充填的不断推进，对充填体内水位、压力以及变形等数据进行动态监测，实现充填体内受力与含水等情况变化规律进行分析的目的。
[0006]为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术措施：
[0007]一种倾斜矿体开采充填体动态监测系统，包括围岩、矿柱、充填体、传感器、电缆线保护管和读数仪；所述围岩与矿柱构成所述充填体的赋存环境，所述传感器的电缆线穿过所述电缆线保护管和读数仪相接；所述传感器包括渗压计、与所述渗压计连接的渗压计电缆线、压力盒、与所述压力盒连接的压力盒电缆线、应变计以及与所述应变计连接的应变计电缆线；所述充填体分层充填于围岩与矿柱围成的空间内，所述渗压计、压力盒以及应变计安装在不同的高程位置的充填体内，所述渗压计电缆线、压力盒电缆线以及应变计电缆线穿过所述电缆线保护管与所述读数仪连接。
[0008]优选的，所述应变计包括12mm保护架钢筋、三向应变计和三向应变计电缆线，所述三向应变计由焊接在保护架内相互垂直的三个方向上的三个单向应变计组成，所述保护架由12mm保护架钢筋组成。
[0009]进一步的，所述电缆线保护管包括竖向保护管、横向保护管、与所述竖向保护管和横向保护管连接的弯管和带孔弯管、保护盖以及出口保护装置，所述保护盖设置在电缆线
保护管的出口处，所述出口保护装置安装在所述保护盖的上方。
[0010]进一步的，所述竖向保护管和横向保护管将所述传感器的电缆线通过保护管与充填体隔离，避免线缆受到腐蚀；所述传感器的电缆线通过所述带孔弯管接入至电缆线保护管内。
[0011]优选的，所述出口保护装置包括工字钢支座、36mm保护架钢筋和预留15cm出口，所述工字钢支座由两个平行设置的14cm的工字钢构成，36mm保护架钢筋呈方形结构并焊接在两个14cm的工字钢上，所述预留15cm出口设置在方形结构的平行于工字钢支座方向的两侧。
[0012]由上，随着充填体填充高度逐渐增大，在不同高度布设传感器，并通过电缆线保护管进行保护，在此过程中采用读数仪采集相关信息，实现充填体内的压力、水位等数据的动态监测。
[0013]另外，上述的倾斜矿体开采充填体动态监测系统的监测方法，其步骤为：
[0014]S1、倾斜矿体分层开采后，矿体周围为围岩，保留矿柱，移除的矿体部分放置充填体，随着分层充填的不断推进，在不同的高程位置布设传感器；
[0015]S2、将电缆线与传感器连接，并将电缆线在电缆线保护管内穿过；
[0016]S3、在倾斜矿体顶板附近或者需布设传感器的位置设置弯管或者带孔弯管，并通过竖向保护管与横向保护管进行连接；
[0017]S4、将保护盖打开，将电缆线保护管内的电缆线与读数仪连通，采集相应数据，对不同的高程位置充填体内的压力、水位以及位移进行动态监测。
[0018]进一步的，所述传感器的安装流程包括：
[0019]S11、将渗压计放置在充填体面上挖掘的坑内，周围采用细砂掩埋，并将渗压计电缆线穿过电缆线保护管；
[0020]S12、将压力盒平放在充填体面上挖掘的坑内，坑内铺设细砂，并用细砂均匀掩埋，并将压力盒电缆线穿过电缆线保护管；
[0021]S13、将应变计放置在充填体内，将应变计电缆线穿过电缆线保护管；
[0022]S14、在需要增加传感器的不同的高程位置设置带孔弯管，确保渗压计电缆线、压力盒电缆线以及应变计电缆线能够从带孔弯管的孔中穿过进入电缆线保护管；
[0023]S15、在电缆线保护管顶部的出口，设置保护盖与出口保护装置。
[0024]由上，本专利技术可以有效监测充填体内的压力与水位分布情况，分析随着分层充填的不断推进，充填体内不同的高程位置压力与含水情况的变化规律。本监测系统准确度较高、合理性较强，弥补了目前矿山井下开采过程中针对充填体充水与压力动态系统监测方法的不足。
[0025]本专利技术具有下列特点：
[0026](1)、在监测系统构建中，考虑矿山现场实际生产情况前提下，设计充填体内传感器埋设与电缆线保护；
[0027](2)、考虑倾斜矿体的特点，设计了竖直、水平、弯管等不同电缆线保护管部分，实现了倾斜矿体充填体的动态监测；
[0028](3)、针对充填与开采落石对电缆线的破坏，设计了电缆线保护管与出口保护装置，确保充填体监测的长期性；
[0029](4)、能够对倾斜矿体不同高程充填体压力、水位以及变形等情况进行动态监测。
[0030]依据上述特点和实际应用，本专利技术具有下列有益效果：
[0031](1)、能够满足矿山分层充填条件下，充填体多种参数的动态监测，为采场稳定性与顶柱安全厚度的预留提供依据；
[0032](2)、能够对倾斜矿体条件下充填体的复杂受力、变形以及地下水渗流特点进行分析，对充填体的合理设计与矿压灾害防治提供科学依据；
[0033](3)、提供了一种满足矿山现场实际施工条件、便于动态采集多种参数、能够对电缆线进行保护的充填体监测系统与方法，弥补了倾斜矿体充填体监测手段的不足。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0035]图1为本专利技术的倾斜矿体开采充填体动态监测系统的结构方框图；
[0036]图2为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倾斜矿体开采充填体动态监测系统，其特征在于，包括围岩(10)、矿柱(20)、充填体(30)、传感器(40)、电缆线保护管(50)和读数仪(60)；所述围岩(10)与矿柱(20)构成所述充填体(30)的赋存环境，所述传感器(40)的电缆线穿过所述电缆线保护管(50)和读数仪(60)相接；所述传感器(40)包括渗压计(41)、与所述渗压计(41)连接的渗压计电缆线(42)、压力盒(43)、与所述压力盒(43)连接的压力盒电缆线(44)、应变计(45)以及与所述应变计(45)连接的应变计电缆线(46)；所述充填体(30)分层充填于围岩(10)与矿柱(20)围成的空间内，所述渗压计(41)、压力盒(43)以及应变计(45)安装在不同的高程位置的充填体(30)内，所述渗压计电缆线(42)、压力盒电缆线(44)以及应变计电缆线(46)穿过所述电缆线保护管(50)与所述读数仪(60)连接。2.根据权利要求1所述倾斜矿体开采充填体动态监测系统，其特征在于，所述应变计(45)包括12mm保护架钢筋(451)、三向应变计(452)和三向应变计电缆线(453)，所述三向应变计(452)由焊接在保护架内相互垂直的三个方向上的三个单向应变计组成，所述保护架由12mm保护架钢筋(451)组成。3.根据权利要求2所述倾斜矿体开采充填体动态监测系统，其特征在于，所述电缆线保护管(50)包括竖向保护管(51)、横向保护管(52)、与所述竖向保护管(51)和横向保护管(52)连接的弯管(53)和带孔弯管(54)、保护盖(55)以及出口保护装置(56)，所述保护盖(55)设置在电缆线保护管(50)的出口处，所述出口保护装置(56)安装在所述保护盖(55)的上方。4.根据权利要求3所述倾斜矿体开采充填体动态监测系统，其特征在于，所述竖向保护管(51)和横向保护管(52)将所述传感器(40)的电缆线通过保护管与充填体(30)隔离，避免线缆受到腐蚀；所述传感器(40)的电缆线通过所述带孔弯管(54)接入至电缆线保护管(50)内。5.根据权利要求4所述倾...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振平，陈林，刘建，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：