[發(fā)明專利]一種煤礦沖擊地壓應(yīng)力安全監(jiān)測系統(tǒng)及使用方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010032792.6
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111691920A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉延峰;王保齊;馮進(jìn)新;張培鵬;周濤;劉廣成;李歡;徐放艷;鐘磊磊;李光明;孔震;王士勇;宋淑浩;陳紅星;張超;張明輝
• 申請（專利權(quán)）人: 兗煤菏澤能化有限公司;山東思科賽德礦業(yè)安全工程有限公司
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21B47/007;G01V1/20
• 代理公司: 濟(jì)南龍瑞知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37272
• 代理人: 韓園園

本發(fā)明公開了一種煤礦沖擊地壓應(yīng)力安全監(jiān)測系統(tǒng)及使用方法，包括水平應(yīng)力傳感器，水平應(yīng)力傳感器通過雙向連接閥塊連接垂直應(yīng)力傳感器，水平應(yīng)力傳感器和垂直應(yīng)力傳感器分別通過鋼管Ⅰ和鋼管Ⅱ連接三通閥Ⅰ和三通閥Ⅱ，三通閥Ⅰ和三通閥Ⅱ的另一端連接鉆孔應(yīng)力采集器的通道接口，三通閥Ⅰ和三通閥Ⅱ的進(jìn)油鎖緊錐閥Ⅰ和進(jìn)油鎖緊錐閥Ⅱ分別通過手動油泵出油膠管連接在手動油泵的出油孔上；鉆孔應(yīng)力采集器通過鉆孔應(yīng)力采集器上的天線無線連接壓力檢測子站，壓力檢測子站經(jīng)數(shù)據(jù)采集分站實(shí)時傳輸至地面監(jiān)控室。該監(jiān)測系統(tǒng)反映煤層應(yīng)力變化敏感度高，沖擊顯現(xiàn)前及顯現(xiàn)過程中應(yīng)力變化明顯，可以為沖擊地壓危險(xiǎn)預(yù)測提供準(zhǔn)確監(jiān)測數(shù)據(jù)，還可及時報(bào)警。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種沖擊地壓應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，特別涉及一種煤礦沖擊地壓應(yīng)力安全監(jiān)測系統(tǒng)及使用方法。

背景技術(shù)

沖擊地壓是礦山井巷和采場周圍煤巖體，在采掘擾動作用下，由于彈性變形能的突然釋放而產(chǎn)生劇烈破壞的動力災(zāi)害，本質(zhì)上是大量彈性能突然釋放導(dǎo)致的。因此作為保障安全開采的重要手段，對沖擊地壓的監(jiān)測預(yù)警意義重大。

目前煤礦常用的沖擊地壓監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)主要包括應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)和微震監(jiān)測系統(tǒng)兩大類。這些系統(tǒng)對沖擊地壓的監(jiān)測預(yù)警發(fā)揮了重要作用，但是也存在很多問題。

采動應(yīng)力是由地下采掘工程引起的原巖應(yīng)力重新分布的結(jié)果。目前對煤巖體采動應(yīng)力的監(jiān)測主要采用Φ38mm的液壓枕式鉆孔應(yīng)力傳感器，應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在以下問題：

（1）鉆孔應(yīng)力傳感器膨脹性能差，能夠承受的初始應(yīng)力（或初承力）較低，一般為3.0～6.0MPa，與煤巖體實(shí)際承受應(yīng)力相差較大；

（2）鉆孔應(yīng)力傳感器只能用于Φ42～45mm的小直徑鉆孔，與煤巖體不能良好耦合，無法準(zhǔn)確反映應(yīng)力變化；

（3）鉆孔應(yīng)力傳感器只能接受一個方向的應(yīng)力，而實(shí)際上煤巖體內(nèi)部應(yīng)力呈現(xiàn)為垂直和水平兩個方向，我國已故著名地質(zhì)學(xué)家李四光就指出：“在構(gòu)造應(yīng)力影響的地殼上層的一定厚度內(nèi)，水平應(yīng)力分量的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過垂直應(yīng)力分量”，國外哈斯特（N.Hast）在斯堪的納維亞半島對地應(yīng)力的測量也表明，最大水平主應(yīng)力一般為垂直應(yīng)力的1～2倍,即F1max=1～2F2max。

因而現(xiàn)有的鉆孔應(yīng)力計(jì)反映煤層應(yīng)力變化敏感度低，沖擊顯現(xiàn)前及顯現(xiàn)過程中應(yīng)力變化不明顯，無法為沖擊地壓危險(xiǎn)預(yù)測提供準(zhǔn)確監(jiān)測數(shù)據(jù)。

如何準(zhǔn)確測得煤巖體的應(yīng)力大小，主要取決于煤巖體的變形能力，傳感器與煤巖體是否良好耦合。如果在鉆孔后、安裝好傳感器前，煤巖體已經(jīng)快速變形并達(dá)到平衡，或者鉆孔周圍煤巖體變形能力很小，則傳感器與煤巖體不能良好耦合，就無法比較準(zhǔn)確地反映真實(shí)地應(yīng)力的大小。因此開發(fā)膨脹變形能力大，初承力大或承受膨脹能力大，能夠監(jiān)測比初承力小的壓力傳感器是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種煤礦沖擊地壓應(yīng)力安全監(jiān)測系統(tǒng)及使用方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種煤礦沖擊地壓應(yīng)力安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括水平應(yīng)力傳感器，所述水平應(yīng)力傳感器通過雙向連接閥塊連接垂直應(yīng)力傳感器，所述水平應(yīng)力傳感器和垂直應(yīng)力傳感器分別通過鋼管Ⅰ和鋼管Ⅱ連接三通閥Ⅰ和三通閥Ⅱ，三通閥Ⅰ和三通閥Ⅱ的另一端分別連接鉆孔應(yīng)力采集器的水平和垂直應(yīng)力通道接口，所述三通閥Ⅰ和三通閥Ⅱ的進(jìn)油鎖緊錐閥Ⅰ和進(jìn)油鎖緊錐閥Ⅱ分別通過手動油泵出油膠管連接在手動油泵的出油孔上；所述鉆孔應(yīng)力采集器通過鉆孔應(yīng)力采集器上的天線無線連接壓力檢測子站，壓力檢測子站經(jīng)數(shù)據(jù)采集分站實(shí)時傳輸至地面監(jiān)控室。

進(jìn)一步地，所述水平應(yīng)力傳感器包括油囊Ⅰ，油囊Ⅰ的兩側(cè)分別設(shè)置左包裹體Ⅰ和右包裹體Ⅱ。

進(jìn)一步地，所述垂直應(yīng)力傳感器包括油囊Ⅱ，油囊Ⅱ的兩側(cè)分別設(shè)置上包裹體Ⅰ和下包裹體Ⅰ。