[發(fā)明專利]一種基于應(yīng)變/位移轉(zhuǎn)換的煤巖體變形測量方法及裝置

在審

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• 申請日: 2020-04-13
• 公開（公告）號: CN111174688A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊克虎;楊勝利;陳亞文
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種采煤工作面推進過程中煤巖體變形測量方法及裝置。通過固定在煤巖體鉆孔底部的測量裝置和固定在鉆孔中的若干活動錨爪來感測煤巖體變形，利用彈簧或其他力/位移傳感器將煤巖體變形量轉(zhuǎn)化為拉力的變化，再將拉力的變化轉(zhuǎn)化為測量裝置內(nèi)部應(yīng)變模塊的應(yīng)變量變化，最后將應(yīng)變量的變化轉(zhuǎn)化為電信號的變化并算出對應(yīng)的煤巖體變形量。本發(fā)明將位移量轉(zhuǎn)化為應(yīng)變量進行測量，所采用的敏感元件為應(yīng)變片，大幅縮小了測量裝置體積，能夠滿足煤礦對鉆孔直徑的限制，可以在一套裝置內(nèi)部實現(xiàn)多路測量，此外還降低了裝置成本，便于大規(guī)模推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤礦安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采煤工作面推進過程中煤巖體變形測量方法及裝置。

背景技術(shù)

隨著煤炭開采技術(shù)的不斷提升，礦井的開采規(guī)模逐漸擴大，各個礦區(qū)都涌現(xiàn)出一批大采高工作面。不斷增大的采高會導(dǎo)致上覆巖層的移動范圍和破壞程度隨之增大，基本頂來壓更劇烈，大面積、大深度的煤壁片幫現(xiàn)象也更加普遍，嚴(yán)重威脅工作面人員的安全、影響工作面設(shè)備的正常使用和維護、降低工作面產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。因此，實時監(jiān)測煤壁動態(tài)，對煤壁片幫前兆信息識別具有重要意義。

目前，很多學(xué)者對采煤工作面煤體變形監(jiān)測開發(fā)了一些裝置及方法。例如發(fā)明專利CN201310127426.9公開了一種采煤工作面煤體擴容探測器及探測方法，該探測器計探測方法是利用固定在鉆孔內(nèi)的大、小直徑鋼管(帶位移刻度線)受到煤體變形產(chǎn)生的相對位移來實現(xiàn)對表征煤體變形，該探測器及探測方法雖然可以監(jiān)測不同時刻煤體變形量，但是無法實時的記錄數(shù)據(jù)，只能靠工作人員不同時刻讀取數(shù)據(jù)。發(fā)明專利CN201610044914.7公開了一種在線監(jiān)測煤體橫向變形裝置及其監(jiān)測方法，該方法是在回采工作面煤幫上打孔，利用推桿將帶有位移感應(yīng)片的液壓式橫向位移測定儀安裝在指定位置，通過計算機獲取煤壁的相對位移。雖然該方案可以動態(tài)監(jiān)測煤體位移，但是并不能測量出較小的位移變化，該裝置本身的局限性造成測量精度不夠，并且該方案的施工方法較為復(fù)雜。發(fā)明專利CN201710860155.6公開了一種移動煤巖體變形監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法，該監(jiān)測系統(tǒng)包括信息采集端、中轉(zhuǎn)基站、信息接收端三部分。信息采集端包括活動單元、控制單元。其中，控制單元由三個獨立模塊構(gòu)成，分別為位移傳感器單元、操作單元、供電單元，各獨立模塊通過電纜方式進行連接。隨著活動單元的伸縮，引起與其相連接的位移傳感器的變化，經(jīng)由操作單元進行數(shù)據(jù)處理后，通過無線收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到中轉(zhuǎn)基站，最后上傳到信息接收端。該發(fā)明專利可以很好地在采煤工作面推進過程中對煤體變形量進行實時測量、存儲和展示，但是并未對位移傳感器的原理、測量方法以及外形特征等做具體限定。

發(fā)明內(nèi)容

為解決目前煤壁片幫在線實時監(jiān)測技術(shù)的各種缺陷，本發(fā)明提出了一種基于應(yīng)變/位移轉(zhuǎn)換的煤巖體變形測量方法：在煤巖體鉆孔底部位置固定測量裝置，同時沿鉆孔在不同深度固定若干活動錨爪，活動錨爪與測量裝置通過細(xì)繩連接，當(dāng)煤巖體發(fā)生一定的變形量時，活動錨爪與測量裝置之間的相對距離發(fā)生變化，測量裝置利用彈簧或其他敏感元件將相對距離的變化轉(zhuǎn)化為拉力的變化，拉力的變化引起測量裝置中應(yīng)變梁的應(yīng)變量發(fā)生變化，最后通過應(yīng)變傳感器將應(yīng)變量的變化轉(zhuǎn)化為電信號的變化并算出對應(yīng)的煤巖體變形量。

為配合上述測量方法，本發(fā)明還提供了一種基于應(yīng)變/位移轉(zhuǎn)換的煤巖體變形測量裝置，包括：承載殼體、控制單元、應(yīng)變/位移轉(zhuǎn)換單元、活動錨爪。

所述承載殼體外部有由彈性材料制作的固定錨爪，用于將承載殼體固定在煤層鉆孔內(nèi)部。承載殼體內(nèi)部放置控制單元、應(yīng)變/位移轉(zhuǎn)換單元和活動錨爪；

所述控制單元包括電源模塊、微控制器、信號采集電路、存儲器、通信電路。控制單元與應(yīng)變/位移轉(zhuǎn)換單元連接，采集應(yīng)變/位移轉(zhuǎn)換單元的電信號并轉(zhuǎn)換為位移量，將位移量存儲在存儲器中或通過通信電路發(fā)送給外部接收器；