[實用新型]采空區頂底板變形與充填體應力監測一體化裝置

有效

• 申請號: 201721016942.4
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN207019657U
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 李剛;傅知勇;趙同彬;刑明錄;鄒建超
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32;G01B21/02;G01L1/02;G01L5/16
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 段毅凡

技術領域

本實用新型屬于采礦工程監測技術領域，尤其是涉及煤礦固體充填開采條件下采空區頂底板沉降與充填體應力一體化監測。

背景技術

煤層開挖使得巖層位移邊界約束被釋放，同時引起的采空區圍巖應力集中將促使頂、底板原有裂隙和結構面的擴展、錯動和貫通，甚至產生了新的微裂隙，從而頂板冒落、底板產生變形、位移以及破壞。采空區是礦山的主要災害源之一，對釆空區穩定性的研究受到礦山的高度重視與學者的廣泛關注。

近年來，矸石充填開采技術在煤礦開采中得到了推廣，矸石充填體置換煤體后成為支撐上覆巖層和維持穩定的直接主體，隨著頂底板對充填體擠壓，其承載能力發揮越充分，當上覆巖層壓力較大而充填體不能抵抗時，內部產生裂紋并擴張，開始軟化。為保證充填開采作業的安全、高效進行，有必要對充填開采工作面頂底板沉降規律及充填體應力進行研究，為固體充填材料設計方案的確定、覆巖變形破裂規律以及充填體質量控制效果的掌握提供有效、可靠的依據，以便合理安排循環作業進度，并及時采取有效的支護措施。

發明專利申請公開號：CN 1061223767 A公開了“一種長壁工作面充填開采頂板沉降監測方法”，授權公告號：CN 102589763 B公開了“一種充填體性能在線監測系統”。前者所公開的監測方法側重于對頂底板位移的監測，而且沒有將頂底板移近與頂板下沉進行區分，而將采空區頂底板變形統一歸為頂板下沉量，忽略了采空區的底鼓量。后者所公開的監測方法側重于充填體受力的監測，實際上頂底板位移和充填體受力是相互作用的。兩者進行分別觀測，造成的數據不能有效對應，不利于了解充填體和頂底板相互作用機理。

發明內容

為了研究頂底板與充填體之間應力與變形關系，以及避免將兩者分別監測造成的數據不能有效對應的情況，本實用新型提出一種在同一位置的監測點既能監測頂底板變形，同時又能監測充填體的應力一體化的裝置。

為了達到上述目的，本實用新型采取的技術方案是：

一種采空區頂底板變形與充填體應力監測一體化裝置，其特征在于，由測桿和附著在測桿上的監測頂底板位移量的位移監測儀以及監測充填體應力的應力監測儀組成；

所述的位移監測儀由三個拉線式的位移傳感器組成，均安裝在下桿體的固定盤上，分別用于頂板變形、頂底板移近量和底板變形的監測，依次由1號傳感器、2號傳感器、3號傳感器進行監測；

所述的應力監測儀有兩套，分別用于監測充填體水平應力和垂直應力；

所述的測桿由上桿體、中部連接桿和下桿體三個中空桿件依次套裝組成，上桿體插入中部連接桿中可相對滑動，中部連接桿插入下桿體中可通過調節形成一定的高度；所述下桿體的中部和下部分別設有穿過桿體兩側的管孔；所述的上桿體頂部設有長條形頂板固定盤，頂板固定盤中間開設有與測桿內腔相通的用于1號傳感器拉線通過的穿線孔，通過頂板固定盤可使測桿上端固定在頂板上；下桿體底部設有底板固定盤，底板固定盤中間開設有與測桿內腔相通的用于3號傳感器拉線的穿線孔，通過底板固定盤可使測桿下端固定在底板上；所述的上桿體外壁長度方向上開設有2號傳感器拉線的拉線槽，拉線槽下端設有固定2號傳感器拉線端頭的接線柱和進入上桿體內腔的穿線孔；所述的中部連接桿的桿體頂部設有拉線導向件。

所述的應力監測儀，由壓囊、弧面殼體、液體壓力傳感器、注液管及單通電磁閥組成；弧面殼體扣在壓囊上用于承受充填體的壓力，液體壓力傳感器置于壓囊內部，液體壓力信號傳送至監測站和單通電磁閥的控制器；注液管穿過下桿體，單通電磁閥置于下桿體內腔并串接在注液管上，注液管一端與注液設備連通，另一端與壓囊內部連通；其中，水平應力監測儀附著在下桿體的中部管孔處，弧面殼體的正弧面朝向充填體的水平方向；垂直應力監測儀附著在下桿體的下部管孔處，弧面殼體的正弧面朝上；

所述測桿的中部連接桿的桿體上對稱開設兩排等間距的調節孔，下桿體的桿體上加工有與調節孔對應的螺孔，螺孔安裝上螺栓后使測桿固定在一定的高度上。

為了使弧面殼體無阻力受壓，弧面殼體的殼體頂部和殼體四周設計為活動連接。

下面說明本實用新型的方法。

上述采空區頂底板變形與充填體應力監測一體化裝置的使用方法，其特征在于，步驟如下：

第一步：根據需要監測的現場情況，確定頂底板監測鉆孔深度；其中頂板監測鉆孔深度應不小于垮落帶高度，垮落帶高度按現有垮落帶計算公式計算；底板監測鉆孔深度H_f根據A.S.Vesic公式進行計算：

其中，x_p為沿工作面走向塑性區范圍，為底板巖體內摩擦角；