【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿，涉及一种矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法。
技术介绍
1、随着煤矿开采深度的增加和开采强度的提高，不可避免地面临着诸多灾害问题，然而，在各类煤矿灾害中，顶板灾害诱发因素多、易突发、难防控，仍然是制约煤矿安全生产的重要因素。无论是大型矿井，还是中小型煤企，都存在一定程度的顶板安全隐患，顶板灾害有效防控仍是我国煤炭行业发展需要深入探究的技术难题。微震和应变监测是解决上述矿井顶板灾害问题的有效手段之一。通过在顶板布设观测感应光缆，可对煤岩体顶板内部的应力分布、裂缝扩展及空间展布形态、煤岩层活动规律、煤岩体破裂机制及矿震时空演化过程进行监测监控，完成顶板地质灾害隐患多场动态解析，可进一步实现矿井顶板地质灾害要素动态智能识别与适时反馈。
2、现阶段，矿井顶板微震和顶板形变的监测，大多是在巷道布设传统动圈检波器和应变计，该监测方式距离监测事件远，采集到的信号信噪比很低，且模拟信号采集过程中存在电磁干扰，导致监测数据可靠性较差，也不可避免会受到皮带机、采煤机等大型机电设备的干扰，很难得到有效的裂缝及变形事件。这些问题在一定程度上制约了监测设备的推广应用，且很难对矿井顶板地质灾害实现动态智能识别与适时反馈。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于，提供一种矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，以解决上述采集信号信噪比低、监测数据可靠性差、难以得到有效的裂缝及变形事件、很难对矿井顶板地质灾害实现动态智能识别与适时反馈等问题。
2、
3、矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，包括以下步骤：
4、步骤1，当定向钻进至设计孔深后，提出钻孔内所有定向钻具，将整体式中空螺旋钻杆与导向可开闭式钻头连接，下入至距离孔底不小于50cm的位置；在孔中输送管外壁的凸台内平行固定多参数孔中光缆，将多参数孔中光缆底端与孔中输送管底端共同固定于悬挂锚抓上，使悬挂锚抓弹簧处于收缩状态进入整体式中空螺旋钻杆内通孔；
5、步骤2，孔中输送管孔口端设置单向阀，连接高压水泵，控制水压向孔中输送管内部充入高压水，在高压水驱动下，孔中输送管和多参数孔中光缆通过整体式螺旋钻杆内通孔向孔底方向运移，在高压水作用力下悬挂锚抓将导向可开闭式钻头中心横梁顶开，悬挂锚抓连接孔中输送管和多参数孔中光缆通过钻头到达孔底，提出孔内所有整体式中空螺旋钻杆，悬挂锚抓翼片嵌入至孔壁煤体，反向固定于孔壁上，孔中输送管和多参数孔中光缆便留在孔内，完成多参数孔中光缆布设；
6、步骤3，在孔口利用注浆泵向孔中输送管外壁和钻孔内壁环空间隙内注入无膨胀中性水泥浆液，在孔口将孔中输送管外壁与孔壁间隙封住，保证多参数孔中光缆与井壁充分耦合，待24h后孔中水泥浆液凝固后，完成多参数孔中光缆耦合；
7、步骤4，在孔口将多参数孔中光缆通过环形器连接传输光缆，并通过井下环网连接地面一体化光纤监测主机，进行矿井顶板应变、声波振动多参数的远程联合监测。
8、本专利技术还包括如下技术特征：
9、具体的，所述孔中输送管采用pvc管，孔中输送管外壁的凸台平行于孔中输送管布设。
10、具体的，所述多参数孔中光缆包括3芯单模光纤，分别为应变传感光纤、振动传感光纤以及一根备用光纤。
11、具体的，所述一体化光纤监测主机包括振动监测模块和应变监测模块。
12、具体的，所述振动监测模块基于分布式光纤声波传感记录波形数据得到地震波位移谱，监测得到参数：低频水平ω0，拐角频率fc，品质因子q；进而计算震源参数地震矩m0、矩振幅mw、破裂半径r、应力降δσ、辐射能量es如下：
13、
14、
15、式中，ρ为密度，vc为横波或纵波速度，r为震中距，u为辐射特征因子；
16、
17、
18、
19、es＝4πρvcr2×2∫|ω|2df (6)
20、式中，kc为常数，β为横波速度，ω(f)表示位移谱的低频幅值，f表示频率，t表示时间。
21、具体的，所述应变监测模块基于分布式光纤应变传感监测沿多参数孔中光缆轴向的一维弹性应变εx；进而计算出三维应力参数σx、σy、σz如下：
22、σx＝(λ+2μ)εx＝elεx (7)
23、
24、
25、式中，λ和μ是lame系数，g是剪切模量，el是侧限弹性模量，k是体积模量，e是一维应力弹性模量，v是poisson比。
26、本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
27、本专利技术通过整体式中空螺旋钻杆和导向可开闭钻头，向孔中输送管内部冲入高压水，利用悬挂锚抓可一次实现多参数孔中光缆的送入与布设。
28、本专利技术向孔中输送管外壁与钻孔内壁间隙注浆，在不破坏钻孔条件，不封孔的情况下可保证多参数孔中光缆与井壁充分耦合。
29、本专利技术通过多参数孔中光缆采集数据、地面一体化光纤监测主机处理显示的方式，解决了裸孔内无法布置传感器、光纤监测主机无本安认证的难题。
30、本专利技术通过应变、振动等多参数联合处理，可完成地质灾害隐患因素动态监测，实现矿井顶板地质灾害要素动态智能识别与适时反馈。
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1.矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，其特征在于，所述孔中输送管采用PVC管，孔中输送管外壁的凸台平行于孔中输送管布设。
3.如权利要求1所述的矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，其特征在于，所述多参数孔中光缆包括3芯单模光纤，分别为应变传感光纤、振动传感光纤以及一根备用光纤。
4.如权利要求1所述的矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，其特征在于，所述一体化光纤监测主机包括振动监测模块和应变监测模块。
5.如权利要求4所述的矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，其特征在于，所述振动监测模块基于分布式光纤声波传感记录波形数据得到地震波位移谱，监测得到参数：低频水平Ω0，拐角频率fc，品质因子Q；进而计算震源参数地震矩M0、矩振幅MW、破裂半径r、应力降Δσ、辐射能量Es如下：
6.如权利要求4所述的矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，其特征在于，所述应变监测模块基于分布式光纤应变传感监测沿多参数孔中光缆轴向的一维弹性应变εx；进而计算出三
...【技术特征摘要】
1.矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，其特征在于，所述孔中输送管采用pvc管，孔中输送管外壁的凸台平行于孔中输送管布设。
3.如权利要求1所述的矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，其特征在于，所述多参数孔中光缆包括3芯单模光纤，分别为应变传感光纤、振动传感光纤以及一根备用光纤。
4.如权利要求1所述的矿井顶板地质灾害光纤多参数监测方法，其特征在于，所述一体化光纤监测主机包括振动监测模块和...
【专利技术属性】
技术研发人员：丛琳，王云宏，刘飞，杨多兴，鲁晶津，蒋必辞，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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