[發明專利]煤層工作面頂板來壓智能測試分析系統及方法

有效

• 申請號: 202010589605.4
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111720171B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 許時昂;張平松;郭立全;付茂如
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 石家莊德皓專利代理事務所(普通合伙) 13129
• 代理人: 劉磊娜

本發明涉及一種煤層工作面頂板來壓智能測試分析系統及方法，系統包括：初次來壓監測裝置、周期來壓監測裝置、數據傳輸裝置和數據分析裝置，初次來壓監測裝置包括若干個第一線性傳感器，用于在預設檢測時刻生成第一應變值，并將第一應變值傳輸至數據分析裝置；周期來壓監測裝置包括若干個第二線性傳感器，用于在預設檢測時刻生成第二應變值后，并將第二應變值傳輸至數據分析裝置；數據分析裝置用于基于若干個第一應變值和若干個第二應變值、每個第一線性傳感器和每個第二線性傳感器與工作面之間的距離、每個第一線性傳感器和每個第二線性傳感器設置處的煤巖體彈性模量、以及前一日的采掘進尺指導施工人員的施工以及進行預警，測試效率高。

技術領域

本發明涉及煤礦工作面監測技術領域，尤其涉及一種煤層工作面頂板來壓智能測試分析系統及方法。

背景技術

在采煤的過程中，煤層工作面回采過程中隨著煤層空間采出，直接頂巖層垮落充填采空區，基本頂未垮落形成板梁支撐結構，隨著頂板懸空露出面積的增大，基本頂在自重、上覆巖層以及圍巖應力作用下發生斷裂與垮落，從而造成頂板來壓。頂板來壓主要包括初次來壓與周期來壓兩種，其中，在工作面開采時，基本頂的首次垮落會使工作面一定范圍內壓力增大，稱之為初次來壓，之后隨工作面的不斷推進，基本頂又會形成斷裂垮落，這種現象會重復出現，形成工作面的周期來壓。頂板來壓是導致冒頂事故、誘發沖擊地壓的主要因素之一，是采礦界面臨的共同問題，并且一旦發生災害通常都具備較大破壞性和致災性。因此，頂板來壓測試是煤層工作面開采過程中重要的測量內容，也是指導礦井安全生產、有效支護的關鍵技術參數。

相關技術中，對于頂板來壓測試方法主要有液壓支架壓力傳感器阻力法、頂板離層測力法、鉆孔應力測試方法、微震測試技術等。例如CN105756709A公開了一種工作面頂板來壓及破斷的監測方法，其是工作面輸送平巷和工作面回風平巷的頂部鉆孔，在孔底部安裝振動加速度傳感器。CN103498699A公開了一種礦山工作面頂板來壓的預測系統，其采用礦用液壓支架位移傳感器。

上述測試方法多存在以下問題：(1)傳感器通常為電阻傳感器、壓力傳感元件，環境耐受性相對較差，特別在礦井特殊環境與施工工藝下，容易出現感測裝置損壞與失效；(2)現有測試方法測試工藝繁瑣，通常為點式布測形式，大多采用人工間斷觀測與采集，測試過程中數據集成時間長，不利于形成實時判別信號，當感測異常出現時，已經距離災變時間極短；(3)現有測試方法在信號傳輸與數據分析中，數據離散，利用率低，技術指導響應時間較長，難以適應工作面高效、自動、無人、智慧的礦山發展趨勢。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種測試效率高且便于大范圍推廣的煤層工作面頂板來壓智能測試分析系統及方法。

為解決上述問題，本發明所采取的技術方案是：

第一方面，提供了一種煤層工作面頂板來壓智能測試分析系統，其包括：初次來壓監測裝置、周期來壓監測裝置、數據傳輸裝置和數據分析裝置，所述初次來壓裝置和所述周期來壓監測裝置均通過所述數據傳輸裝置與所述數據分析裝置連接；

其中，所述初次來壓監測裝置安裝在初次來壓監測元件布置區域內，所述初次來壓監測裝置用于獲取工作面首采前期預設距離范圍內頂板初期來壓數據，其包括若干個設置于工作面的切眼處的第一線性傳感器，所述第一線性傳感器用于在預設檢測時刻生成第一應變值，并通過所述數據傳輸裝置將所述第一應變值傳輸至所述數據分析裝置；

所述周期來壓監測裝置安裝在周期來壓監測元件布置區域內，所述周期來壓監測裝置用于獲取煤層工作面開采過程中的周期來壓數據，其包括若干個沿所述工作面走向布置的第二線性傳感器，所述第二線性傳感器用于在所述預設檢測時刻生成第二應變值后，并通過所述數據傳輸裝置將所述第二應變值傳輸至所述數據分析裝置；