本发明专利技术公开了一种光纤在煤矿顶板三带监测中的应用及使用方法，涉及光纤监测技术领域；用于解决现有“三带”监测存在读数不便、误差角度、精度不高和不能实现顶板离层的自动连续监测和数据传输的问题；包括“三带”由上到下依次为弯曲下沉带、裂隙带和垮落带；垮落带的底部为巷道和采空区，巷道内设有监测点，“三带”内设置有多个钻孔，还包括设置在钻孔中的分段式注浆管；分段式注浆管包括A型管、B型管和光纤固定卡；本发明专利技术采用光纤对采空区“三带”进行监测，实现连续的、精准的监测；注浆管采用组合方式来安装注浆管，尺寸小，重量轻便于携带与安装；A型管管身设有多个注浆孔，安装时可防止单个注浆孔被堵塞，注浆时可以加快浆液流出，缩短注浆时间。缩短注浆时间。缩短注浆时间。
【技术实现步骤摘要】
一种光纤在煤矿顶板三带监测中的应用及使用方法
[0001]本专利技术涉及光纤监测
，具体为一种光纤在煤矿顶板“三带”监测中的应用及使用方法。
技术介绍
[0002]随着煤矿开采深度的不断加深，煤矿的矿山压力显现更加明显，造成的灾害越来越严重，“三带”变形及垮落是目前采空区主要灾害之一，对于采空区来讲“三带”变形及垮落是最大的安全隐患。
[0003]采空区“三带”变形及垮落位移数据需要随时进行监测，以便了解“三带”发育情况，当超过一定范围，如果不及时采取措施，便会发生采空区坍塌等恶性事故，目前，煤矿对于采空区“三带”监测常用的顶板离层监测装置多为机械式巷道顶板离层指示仪和借助电器元件以声光方式报警的巷道顶板离层指示仪，虽然这些手段对监测“三带”起到积极作用，但是上述监测手段仍具有以下缺点：均采用人工定时观察测量顶板离层状况，在井下读数不便，读数人为误差较大、精度不高，不能实现顶板离层的自动连续监测和数据传输，同时不能很好的对顶板离层数据进行预警，对采掘工程安全的可靠性带来很大的影响。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于为了解决现有“三带”监测存在读数不便、误差角度、精度不高和不能实现顶板离层的自动连续监测和数据传输的问题，而提出一种光纤在煤矿顶板“三带”监测中的应用及使用方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术第一方面实施例提供了一种光纤在煤矿顶板“三带”监测中的应用，包括包括“三带”、巷道和采空区；“三带”由上到下依次为弯曲下沉带、裂隙带和垮落带；垮落带的底部为巷道和采空区，巷道内设有监测点，“三带”内设置有多个钻孔，还包括设置在钻孔中的分段式注浆管；分段式注浆管包括A型管、B型管和光纤固定卡；
[0007]所述A型管的管身上设置有多个注浆孔，A型管的管身上设有锚固爪一，A型管的一端设有尾部内螺纹一；
[0008]所述B型管的一端设置有头部外螺纹，B型管另的一端设置有尾部内螺纹二；所述B型管的管身上设有锚固爪二；
[0009]所述A型管和B型管的管身底部均设有用于固定光纤的光纤固定卡；A型管的一端与B型管的一端相连接；
[0010]所述光纤依据监测频率对“三带”的应变进行持续监测，以获得“三带”的应变监测数据并反馈给智能分析终端；应变监测数据包括光纤形变区域距监测点的长度、钻孔的倾角、方位角；
[0011]所述智能分析终端用于对应变监测数据进行分析以获得“三带”破坏位置三维空间信息；所述“三带”破坏位置三维空间信息包括“三带”破坏位置距监测点的垂直高度、“三
带”破坏位置距监测点的水平距离、“三带”破坏位置与监测点沿巷道方向的垂直距离及“三带”破坏位置与监测点沿巷道方向的走向距离。
[0012]作为本专利技术的一种优选实施方式，所述尾部内螺纹一与头部外螺纹相适配；所述尾部内螺纹二与头部外螺纹相适配相适配；光纤固定卡与光纤外径相适配；所述钻孔与分段式注浆管外径相适配。
[0013]作为本专利技术的一种优选实施方式，所述A型管和B型管均为空心管；所述锚固爪一和锚固爪二用于将A型管和B型管固定在钻孔内。
[0014]作为本专利技术的一种优选实施方式，所述智能分析终端对应变监测数据进行分析的过程为：将应变监测数据代入对应的解析式中得到“三带”破坏位置三维空间信息；
[0015]其中，“三带”破坏位置距监测点的垂直高度h的解析式为：h＝Lsinθ；L为光纤形变区域距监测点长度；θ为钻孔的倾角；
[0016]“三带”破坏位置距监测点的水平距离D的解析式为：D＝Lcosθ；
[0017]“三带”破坏位置与监测点沿巷道方向的垂直距离d的解析式为：破坏位置与监测点沿巷道方向的垂直距离d的解析式为：为钻孔的方位角；
[0018]“三带”破坏位置与监测点沿巷道方向的走向距离a的解析式为：
[0019][0020]本专利技术第二方面实施例提供了一种光纤在煤矿顶板“三带”监测中的应用的使用方法，包括：
[0021]步骤一、根据工作面采高计算垮落带、裂隙带及弯曲下沉带的高度；
[0022]步骤二、根据“三带”高度及现场施工情况确定监测点位置、钻孔深度、倾角及方位角；
[0023]步骤三、用钻机依据步骤二确定的位置、深度、倾角和方位角进行钻孔操作；
[0024]步骤四、通过分段式注浆管将光纤送入钻好钻孔的“三带”中并注浆固定；
[0025]步骤五、光纤依据监测频率对“三带”的应变进行持续监测，获得“三带”应变监测数据；变监测数据包括光纤形变区域距监测点的长度、钻孔的倾角、方位角；
[0026]步骤六、构建“三带”破坏位置距监测点的垂直高度h、“三带”破坏位置距监测点的水平距离D、“三带”破坏位置与监测点沿巷道方向的垂直距离d及“三带”破坏位置与监测点沿巷道方向的走向距离a的计算解析式；
[0027]步骤七、将光纤形变区域距监测点的长度、钻孔的倾角、方位角输入到对应的解析式中，获得“三带”破坏位置距监测点的垂直高度h、“三带”破坏位置距监测点的水平距离D、“三带”破坏位置与监测点沿巷道方向的垂直距离d及“三带”破坏位置与监测点沿巷道方向的走向距离a，从而获得“三带”破坏位置三维空间信息。
[0028]作为本专利技术的一种优选实施方式，所述垮落带高度H
m
计算公式为：M为工作面采高；裂隙带的高度H
d
计算公式为：H
d
＝Max(H
d1
,H
d2
)；裂隙带以上为弯曲下沉带。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0030]1、本专利技术采用光纤对采空区“三带”进行监测，实现连续的、精准的监测。
[0031]2、本专利技术通过光纤形变区域距监测点的长度，构建“三带”破坏位置三维空间位置信息计算解析式，并将光纤形变区域距监测点的长度输入到解析式中，获得“三带”突变点三维空间位置信息。
[0032]3、本专利技术可获得三维空间信息，弥补现有技术中对采空区三维空间“三带”监测的不足。
[0033]4、本专利技术还提供一种分段式注浆管，该注浆管采用组合方式来安装注浆管，尺寸小，重量轻便于携带与安装；A型管管身设有多个注浆孔，安装时可防止单个注浆孔被堵塞，注浆时可以加快浆液流出，缩短注浆时间；A型管和B型管均设有锚固爪，多重固定可防止其从钻孔中脱落；并且可通过光纤固定卡将光纤卡固定在分段式注浆管上，安装时注浆管时连同光纤一起送入事先钻好孔钻的“三带”中。
附图说明
[0034]为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0035]图1为本专利技术A型管示意图；
[0036]图2为本专利技术B型管示意图；
[0037]图3为本专利技术光纤固定卡剖面图；
[0038]图4为本专利技术分段式注浆管组合示意图；
[0039]图5为本专利技术“三带”监测剖面图；
[004本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光纤在煤矿顶板三带监测中的应用，包括“三带”、巷道(12)和采空区(10)；“三带”由上到下依次为弯曲下沉带(6)、裂隙带(7)和垮落带(8)；巷道(12)内设有监测点(11)，“三带”内设置有多个钻孔(5)，其特征在于，还包括设置在钻孔(5)中的分段式注浆管；分段式注浆管包括A型管(1)、B型管(2)和光纤固定卡(3)；所述A型管(1)的管身上设置有多个注浆孔(1
‑
1)，A型管(1)的管身上设有锚固爪一(1
‑
2)，A型管(1)的一端设有尾部内螺纹一(1
‑
3)；所述B型管(2)的一端设置有头部外螺纹(2
‑
1)，B型管(2)另的一端设置有尾部内螺纹二(2
‑
3)；所述B型管(2)的管身上设有锚固爪二(2
‑
2)；所述A型管(1)和B型管(2)的管身底部均设有用于固定光纤(4)的光纤固定卡(3)；A型管(1)的一端与B型管(2)的一端相连接；所述光纤依据监测频率对“三带”的应变进行持续监测，以获得“三带”的应变监测数据并反馈给智能分析终端；应变监测数据包括光纤(4)形变区域距监测点(11)的长度、钻孔(5)的倾角、方位角；所述智能分析终端用于对应变监测数据进行分析以获得“三带”破坏位置三维空间信息；所述“三带”破坏位置三维空间信息包括“三带”破坏位置距监测点(11)的垂直高度、“三带”破坏位置距监测点(11)的水平距离、“三带”破坏位置与监测点(11)沿巷道(12)方向的垂直距离及“三带”破坏位置与监测点(11)沿巷道(12)方向的走向距离。2.根据权利要求1所述的一种光纤在煤矿顶板三带监测中的应用，其特征在于，所述尾部内螺纹一(1
‑
3)与头部外螺纹(2
‑
1)相适配；所述尾部内螺纹二(2
‑
3)与头部外螺纹(2
‑
1)相适配相适配；光纤固定卡(3)与光纤(4)外径相适配；所述钻孔(5)与分段式注浆管外径相适配。3.根据权利要求1所述的一种光纤在煤矿顶板三带监测中的应用，其特征在于，所述A型管(1)和B型管(2)均为空心管；所述锚固爪一(1
‑
2)和锚固爪二(2
‑
2)用于将A型管(1)和B型管(2)固定在钻孔(5)内。4.根据权利要求1所述的一种光纤在煤矿顶板三带监测中的应用，其特征在于，所述智能分析终端...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵光明，张浩，秦庆举，朱世奎，王健，程详，许文松，刘崇岩，孟祥瑞，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：
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