[發明專利]一種煤礦采空區充填體承載壓縮率監測系統及其監測方法

有效

• 申請號: 201811313339.1
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109441541B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 張吉雄;李猛;朱存利;黃艷利
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F15/00
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 張婷婷

1.一種煤礦采空區充填體承載壓縮率監測系統，其特征在于：包括均設置在充填體上方地面上的地面信息處理系統（1）、地面震源控制系統（2）、地面監測系統（3），其中，

所述地面信息處理系統（1）用于接收來自所述地面監測系統（3）的電信號，并且對電信號進行處理，其中電信號是由充填體的反射波信號經地面監測系統的檢波器轉化得來的，根據波的能量消耗來判斷可控震源發射的信號到達的深度；根據充填體受到2MPa初始壓力壓實后充填體的厚度和充填體達到穩定時的厚度之差，依據承載壓縮率公式計算充填體的承載壓縮率；

所述地面震源控制系統（2）用于根據待測試的充填體深度調整地面上震源的震動幅度，形成以可控震源為上表面中心向采空區充填體方向發射立體信號；

所述地面監測系統（3）為檢波器，用于接收來自檢波器底部不同深度、不同角度由于充填體的壓實程度不同而發射出的反射波，并轉換成電信號，傳輸至地面信息處理系統（1）；

該煤礦采空區充填體承載壓縮率監測系統的監測方法為：地面震源控制系統（2）向地下采空區充填體發射震源；根據不同壓實程度下充填體彈性的差異，地面監測系統（3）接收的反射波信號不同并且將發射波信號轉換成電信號傳輸給地面信息處理系統（1），以此判斷震源信號所達到的深度，計算出充填體的厚度，并根據充填體的厚度變化來確定采空區充填體承載壓縮率；具體包括如下步驟：

（1）在進行測試之前查明開采煤層的厚度和采高以及煤層的埋深；

（2）根據所要測試的充填體，確定采空區充填體對應地面的位置，在檢波器沿走向布置的過程中，每隔20m布置一個檢波器，使得反射波與水平的夾角α在30-90°之間，于此同時在地面上布置對應的地面信息處理系統（1）、地面震源控制系統（2）和地面監測系統（3）；

（3）對采空區充填體采用2Mpa的力壓實后，通過地面震源控制系統（2）對地面沖擊產生震動，發出信號，使得彈性波在不同壓實程度的充填體中傳播；地面監測系統（3）接收來自不同壓實程度充填體中的反射波，并且通過檢波器將接收的反射波信號轉換成電信號并傳輸給信息處理系統（1）進行分析，最終測試第一次壓實后的充填體高度h₁；

（4）繼續對充填體厚度進行監測，直到充填體的厚度不再發生改變即達到穩定；

（5）記采空區初始充填后的充填體厚度h₁，達到穩定時的厚度為h₂，根據承載壓縮率的計算公式（h₁-h₂）/h₁計算充填體的承載壓縮率。

2.根據權利要求1所述的一種煤礦采空區充填體承載壓縮率監測系統，其特征在于：所述檢波器監測到煤層的有效深度為100-300m，最大有效厚度為3.5m。

3.根據權利要求1所述的一種煤礦采空區充填體承載壓縮率監測系統，其特征在于：在整個煤層的有效深度范圍內，反射波與水平之間夾角α的范圍是30°-90°。

4.根據權利要求1所述的一種煤礦采空區充填體承載壓縮率監測系統，其特征在于：在充填體對應的地面位置進行檢波器的布置，檢波器沿煤層走向布置，形成在工作面上方以震源控制系統為中心，沿走向向地面震源控制系統（2）兩側伸展的地面監測布置線路，檢波器沿直線均勻分布，兩側分支每隔20m布置一個檢波器。