一种模块化分段分组监测的巷道冒顶预警方法技术

本发明专利技术提供了一种模块化分段分组监测的巷道冒顶预警方法，包括以下步骤：S1，获得煤矿生产现场中所用锚杆的初始预紧力与最大预紧力，确定锚杆安全系数；S2，针对巷道进行模块化分段分组，将完整巷道区域化细分，形成巷道

【技术实现步骤摘要】
一种模块化分段分组监测的巷道冒顶预警方法


[0001]本专利技术涉及煤矿顶板检测
，特别是涉及一种模块化分段分组监测的巷道冒顶预警方法。

技术介绍

[0002]在煤矿生产过程中，巷道的稳定性直接决定井下作业环境的安全。由于我国煤炭开采技术的不断进步，运输、通风等要求也相应提高，巷道布置呈现出大断面、多巷布置等发展趋势。煤矿生产现场中，在区域应力场及开采扰动等影响下巷道局部区域会产生应力集中，容易诱发巷道冒顶灾害，严重威胁矿井作业人员及生产设备安全。目前，锚杆支护技术在国内外矿井中已得到普遍应用，在锚杆端头施加预紧力使锚杆和顶板围岩锚固成整体，以主动支护的方式对巷道顶板围岩预先约束控制，可有效提升巷道围岩稳定性降低事故发生率，有利于煤矿生产增安、提效。
[0003]当前，针对煤矿巷道冒顶的预警主要是监测分析顶板岩层离层量及矿山压力来实现，由于顶板离层位移信息在离层已发生后方可识别，导致预警信息反馈比较滞后，再采取预防性措施往往为时已晚；同时，在顶板离层和矿山压力监测时为了节约物力、财力、人力，不会在巷道全域进行全面监测，往往选取局部典型区域进行测量，使得现有技术所测结果无法实现巷道顶板的全面、及时、智能监测预警，并且人工监测存在精准性低、主观性强的缺陷；另外，随着智能矿山技术的快速发展，多种安装有传感器的监测专用锚杆逐步在现场得到了良好应用，但该专用锚杆造价成本高，且传感器打入岩层中在矿山压力的作用下容易损伤，不利于巷道围岩稳定性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足之处，本专利技术的目的是提供一种模块化分段分组监测的巷道冒顶预警方法，对巷道模块化分段分组，以组为单位对监测点锚杆预紧力监测采集，通过综合数据处理平台智能分析处理，基于监测数据的多个特征量实现冒顶预警。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案包括如下步骤：
[0006]S1，获得煤矿生产现场中所用锚杆的初始预紧力与最大预紧力，确定锚杆安全系数α；
[0007]S2，针对巷道进行模块化分段分组，将完整巷道区域化细分，形成巷道
‑
区段、区段
‑
组、组
‑
监测点的模块化监测布局，获得组内顶板稳定性系数；
[0008]S3，基于模块化分段分组方法，对监测点锚杆预紧力连续性监测采集，经数据传输模块传输至综合数据处理平台；
[0009]S4，综合数据处理平台接收锚杆预紧力信息，获得监测点锚杆安全系数α、组内顶板稳定性系数β及锚杆预紧力均值变化率ΔF
i
，捕捉异常数据进行预警、存储。
[0010]进一步的，S1中所述锚杆初始预紧力为现场中锚杆安装时所施加的预紧力，所述最大预紧力是通过实验室拉拔力实验所得出的锚杆濒临破断时的预紧力。对得到的锚杆初
始预紧力与最大预紧力设置预警灵敏度，提出锚杆安全系数α，对单根锚杆的健康状况进行评估。
[0011]所述锚杆安全系数α由如下公式表述：
[0012]aF
c
＜α＜aF
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0013]式中：α为锚杆安全系数，F
c
为锚杆初始预紧力，MPa；F
max
为锚杆最大预紧力，MPa；a为预警灵敏度。
[0014]进一步的，S2中所述的模块化分段分组，是将巷道精细化划分，分为若干区段，每一区段又分为若干组，每一组内划分若干监测点；分析组内监测点锚杆健康状况，提出顶板稳定性系数β；根据锚杆预紧力监测结果，计算区段内任一组的锚杆预紧力均值F
i
，并进行实时比对分析。该模块化分段分组方法直接置入综合信息处理平台，从而对监测数据智能分析处理，实现多参量巷道冒顶预警。
[0015]所述顶板稳定性系数由如下公式计算：
[0016][0017]式中：β为顶板稳定性系数，n
i
为i组内健康锚杆数量，N
i
为i组内监测点数量。
[0018]进一步的，S3中所述锚杆预紧力连续性监测采集装置采用测力传感器，用螺母将其固接在锚杆托盘螺母处，设置自动采集频率，实现连续性监测采集；此外，数据传输模块与监测装置之间电连接，通过无线传输的方式，按照预设时间间隔将监测数据发送至综合数据处理平台。
[0019]进一步的，S4中所述综合数据处理平台包括数据收发模块、数据处理模块、数据可视化模块、预警模块、数据存储模块，所述模块之间均采取电连接。由于煤矿井下工作的特殊性，上述装置模块均进行防爆处理。计算出监测点锚杆安全系数α及组内顶板稳定性系数β，得出各组锚杆预紧力均值变化率ΔF
i
，并将数据结果以曲线的形式可视化显示。捕捉锚杆安全系数α、顶板稳定性系数β及锚杆预紧力均值变化率ΔF
i
异常数据，智能、及时、准确进行巷道冒顶预警。
[0020]所述锚杆预紧力均值变化率ΔF
i
由如下公式计算：
[0021][0022]式中：ΔF
i
为锚杆预紧力均值变化率，F
i(t)
为i组t时刻的预紧力数据均值，F
i(t
‑
1)
为i组t
‑
1时刻的预紧力数据均值。
[0023]通过采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术所提出的预警方法通过对整条巷道进行模块化分段分组，将完整巷道进行区域化细分，形成巷道
‑
区段、区段
‑
组、组
‑
监测点的模块化监测布局，监测区域精细，覆盖范围广，显著提高了冒顶预警效率，保证煤矿安全生产，促进智能矿山建设发展。
[0025]2、本专利技术所提出的预警方法，其监测装置属于无损检测技术，不会影响原有的巷道围岩支护质量，该装置可实现自动监测采集信息，避免了人工监测的精准性低、主观性强的不足。
[0026]3、本专利技术所提出的预警方法通过综合数据处理平台对监测数据智能分析处理，结
合锚杆安全系数α、顶板稳定性系数β及锚杆预紧力均值变化率ΔF
i
三个特征量对巷道冒顶隐患进行预警，预警结果可靠度高。
[0027]4、本专利技术所提出的预警方法将异常数据进行存储，建立预警案例库，克为后续巷道冒顶预警及支护方案设计提供参考。
附图说明
[0028]图1为本专利技术提供的一种模块化分段分组监测的巷道冒顶预警方法的实现流程图。
[0029]图2为本专利技术提供的实施例巷道模块化分段分组结构框图。
[0030]图3为本专利技术提供的实施例监测装置布置示意图。
[0031]图4为本专利技术提供的实施例整体装置结构框图。
[0032]图5为本专利技术提供的实施例预警方法流程图。
[0033]附图标记说明：
[0034]1‑
顶板岩层，2
‑
锚杆，3
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化分段分组监测的巷道冒顶预警方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，获得煤矿生产现场中所用锚杆的初始预紧力与最大预紧力，确定锚杆安全系数α；S2，针对巷道进行模块化分段分组，将完整巷道区域化细分，形成巷道
‑
区段、区段
‑
组、组
‑
监测点的模块化监测布局，获得组内顶板稳定性系数β；S3，基于模块化分段分组方法，对监测点锚杆预紧力连续性监测采集，经数据传输模块传输至综合数据处理平台；S4，综合数据处理平台接收锚杆预紧力信息，获得监测点锚杆安全系数α、组内顶板稳定性系数β及锚杆预紧力均值变化率ΔF
i
，捕捉异常数据进行预警、存储。2.根据权利要求1所述的一种模块化分段分组监测的巷道冒顶预警方法，其特征在于：对实验得到的锚杆初始预紧力与最大预紧力设置预警灵敏度，得到锚杆安全系数α，评估单根锚杆的健康状况。所述锚杆安全系数α由如下公式表述：aF
c
＜α＜aF
max
(1)式中：α为锚杆安全系数，F
c
为锚杆初始预紧力，MPa；F
max
为锚杆最大预紧力，MPa；a为预警灵敏度。3.根据权利要求1所述的一种模块化分段分组监测的巷道冒顶预警方法，其特征在于：对巷道模块化分段分组，将巷道分为若干区段，每一区段分为若干组，每一组内划分若干监测点；分析组内监测点对应的锚杆健康状况，获得组内顶板稳定性系数β。所述顶板稳定性系数β...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓菲，张红凯，刘臣毅，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：