專利名稱：采空區(qū)堅(jiān)硬頂板的遙測預(yù)報(bào)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其是煤礦回采工作面頂板冒落的監(jiān)測。
背景技術(shù)：
在煤礦開采中，當(dāng)頂板懸露到一定的面積時(shí)，頂板就要冒落。當(dāng)頂板冒落時(shí)將對(duì)維持回采工作面安全空間的支架或支柱造成沖擊。頂板越堅(jiān)硬，對(duì)支架或支柱的沖擊損害就越大，有時(shí)會(huì)砸垮或推垮回采工作面支架或支柱，造成人員的傷亡。通常，最危險(xiǎn)的頂板厚度為下部3～5米的直接頂，當(dāng)其大面積冒落時(shí)的危害極大。
對(duì)于回采工作面頂板冒落的監(jiān)測預(yù)報(bào)，通常有如下三種方式一是沿著回采工作面傾斜方向每隔10～30米，設(shè)一條測線，人工觀測支柱工作阻力和活柱縮量變化，來推斷頂板是否將要冒落；二是在回風(fēng)巷(或上順槽)和下運(yùn)輸巷(或下順槽)內(nèi)每隔3～5米等間距布置頂板下沉測點(diǎn)和超前支柱工作阻力測點(diǎn)，通過各測點(diǎn)的頂板下沉量(或下沉速度)和支柱工作阻力變化來推斷采空區(qū)頂板是否將要冒落；三是在回風(fēng)巷(或上順槽)和下運(yùn)輸巷(或下順槽)煤體或頂板內(nèi)每隔20～30米安設(shè)微地震或聲發(fā)射探頭進(jìn)行聲波探測，來推斷頂板是否將要冒落。對(duì)于上述第一種、第二種方法而言，各測點(diǎn)處頂板下沉量和支柱縮量的大小將與該地點(diǎn)支柱支護(hù)質(zhì)量有很大關(guān)系，同時(shí)人工讀數(shù)誤差較大，容易造成頂板冒落的誤報(bào)；對(duì)于第三種方法而言，由于頂板本身沉積構(gòu)造的復(fù)雜性，眾多裂紋擴(kuò)展形態(tài)及同時(shí)擴(kuò)展時(shí)所產(chǎn)生的聲波信號(hào)極為復(fù)雜，很難獲得頂板破裂位置與聲波之間一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，成為目前還無法解決的難題，利用聲波進(jìn)行頂板冒落預(yù)報(bào)還不能滿足工程要求。特別是對(duì)于堅(jiān)硬頂板而言，屬于未空區(qū)大范圍易落，用上述方法很難準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)，極易發(fā)生事故。
目前有用離層監(jiān)測傳感器檢測回風(fēng)巷(或上順槽)和下運(yùn)輸巷(或下順槽)內(nèi)錨桿支護(hù)頂板的離層情況，但還沒有用于回采工作面采空區(qū)大范圍頂板冒落的監(jiān)測預(yù)報(bào)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述頂板冒落預(yù)報(bào)方法的不足，提出一種用離層檢測儀進(jìn)行堅(jiān)硬頂板冒落時(shí)的遙測預(yù)報(bào)方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一、在回采工作面內(nèi)打孔在回采工作面內(nèi)靠近后排支柱部位，每間隔15-25米，用鉆機(jī)向頂板內(nèi)打一排鉆孔。
二、鉆孔內(nèi)安設(shè)遙測離層傳感器在工作面鉆好的孔中，安設(shè)遙測離層傳感器，每一傳感器的四個(gè)感應(yīng)點(diǎn)分布在孔底基準(zhǔn)點(diǎn)、深部測點(diǎn)、淺部測點(diǎn)和表面基準(zhǔn)點(diǎn)，遙測傳感器將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁信號(hào)，通過屏蔽電纜線傳輸?shù)交仫L(fēng)巷(或上順槽)和下運(yùn)輸巷(或下順槽)內(nèi)的分機(jī)中。為了防止采空區(qū)內(nèi)局部頂板冒落把電纜線砸壞，用強(qiáng)度高、韌性好的PVC管套裝。
三、工作面每推進(jìn)15-20米，重復(fù)上述一、二步驟，隨著工作面的推進(jìn)，在采空區(qū)內(nèi)形成(15-20)*(15-20)米的遙測監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)。
四、頂板離層監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸、處理與預(yù)警首先由計(jì)算機(jī)主機(jī)按照預(yù)定設(shè)置好的采集信號(hào)時(shí)間間隔，向各離層傳感器傳送采集信號(hào)指令；當(dāng)各離層傳感器接到采集信號(hào)命令時(shí)，對(duì)各測點(diǎn)的位移信號(hào)進(jìn)行采集并將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁信號(hào)傳輸?shù)降孛嬷鳈C(jī)；地面主機(jī)將電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成位移信號(hào)，并處理成各測點(diǎn)的離層速度；當(dāng)離層速度大于頂板冒落的離層預(yù)警閾值時(shí)，地面主機(jī)和井下分機(jī)同時(shí)自動(dòng)報(bào)警，預(yù)報(bào)出頂板的冒落厚度及地點(diǎn)。
本發(fā)明的積極效果是一、采空區(qū)內(nèi)頂板離層是頂板冒落的最為直接前兆，因此通過離層監(jiān)測來預(yù)報(bào)頂板冒落，其準(zhǔn)確率100％，這樣為堅(jiān)硬頂板條件下煤層的安全開采，提供了安全保障。
二、對(duì)采空區(qū)內(nèi)頂板離層進(jìn)行實(shí)時(shí)遙測，可以避免人工讀數(shù)帶來的誤差和其它人為不準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)最為可靠。
三、采用離層速度作為預(yù)警指標(biāo)，這樣可以避免像脆性砂巖與延性大的石灰?guī)r頂板冒落時(shí)閾值差異較大的弊端，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同類型頂板由計(jì)算機(jī)自動(dòng)預(yù)警的實(shí)現(xiàn)。
經(jīng)在現(xiàn)場12次試驗(yàn)表明，對(duì)堅(jiān)硬頂板冒落預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率100％，對(duì)保障安全開采起到至關(guān)重要作用。


圖1為回采工作面及采空區(qū)遙測離層傳感器布置平面圖，圖2是離層傳感器安裝剖面示意圖，圖3是遙測預(yù)報(bào)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。
圖例說明1-下運(yùn)輸巷，2-回風(fēng)巷，3a-回風(fēng)巷分機(jī)，3b-下運(yùn)輸巷分機(jī)，4a-屏蔽電纜，4b-屏蔽電纜，5-工作面，6-鉸接頂梁，7-鉆孔，8-鉆孔，9-冒落矸石，10-離層傳感器，11-孔底基準(zhǔn)點(diǎn)，12-深部測點(diǎn)，13-淺部測點(diǎn)，14-頂板；15-普通載波電纜，16-主機(jī)，17-計(jì)算機(jī)，18-打印機(jī)。
下面結(jié)合

本發(fā)明的實(shí)施例。
一、如圖1所示，隨著工作面5煤層開采的進(jìn)行，在靠近工作面5后排支柱處，沿著工作面5傾斜方向每間距20米向頂板14打一排鉆孔7，鉆孔深度超過堅(jiān)硬頂板厚度，再如圖2所示，安設(shè)離層傳感器10，離層傳感器10的四個(gè)感應(yīng)點(diǎn)分布在孔底基準(zhǔn)點(diǎn)11、深部12測點(diǎn)、淺部測點(diǎn)13和孔口表面，根據(jù)頂板巖層分層的差異決定深部測點(diǎn)12、淺部測點(diǎn)13的位置。
工作面5每推進(jìn)20米，打一排鉆孔8如前所述安設(shè)離層傳感器10。
二、如圖1所示，將工作面5上半部離層傳感器的屏蔽電纜4a連接到工作面5回風(fēng)巷分機(jī)3a；將工作面5下半部離層傳感器的屏蔽電纜4b連接到工作面5下運(yùn)輸巷分機(jī)3b。
三、如圖3所示，將工作面5回風(fēng)巷分機(jī)3a和工作面5下運(yùn)輸巷分機(jī)3b通過普通載波電纜15與地面主機(jī)16相聯(lián)接，然后地面主機(jī)16與計(jì)算機(jī)17、打印機(jī)18相連接。
四、基于離層預(yù)報(bào)頂板冒落的過程為首先由主機(jī)16按照預(yù)定設(shè)置好的采集信號(hào)時(shí)間間隔，通過普通載波電纜15向分機(jī)3a、3b下達(dá)采集信號(hào)的指令，由分機(jī)3a、3b進(jìn)一步通過屏蔽電纜4a、4b向各離層傳感器10傳送采集信號(hào)指令。當(dāng)各離層傳感器10接到采集信號(hào)命令時(shí)，對(duì)深部測點(diǎn)12、淺部測點(diǎn)13的位移信號(hào)進(jìn)行采集將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁信號(hào)，并進(jìn)一步通過分機(jī)3a、3b由普通載波電纜15傳輸?shù)降孛嬷鳈C(jī)16。電磁信號(hào)由主機(jī)16進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成位移信號(hào)。然后由計(jì)算機(jī)17根據(jù)內(nèi)存的計(jì)算機(jī)程序?qū)Ω麟x層傳感器10所采集的不同深度測點(diǎn)的位移信號(hào)進(jìn)行處理，自動(dòng)轉(zhuǎn)換成深部測點(diǎn)12和淺部測點(diǎn)13的離層速度。當(dāng)離層速度大于頂板冒落的離層預(yù)警閾值時(shí)，地面主機(jī)16和井下分機(jī)3同時(shí)自動(dòng)報(bào)警，預(yù)報(bào)出頂板14的冒落厚度及地點(diǎn)。
本方案對(duì)堅(jiān)硬頂板條件最為有效，對(duì)于隨采隨冒破碎頂板不適宜。
權(quán)利要求
1.一種采空區(qū)堅(jiān)硬頂板的遙測預(yù)報(bào)方法，它包括以下步驟(一)在回采工作面內(nèi)靠近后排支柱部位，每間隔15-25米，用鉆機(jī)向頂板內(nèi)打一排鉆孔；(二)在鉆好的孔中，安設(shè)遙測離層傳感器，每一傳感器的四個(gè)感應(yīng)點(diǎn)分布在孔底基準(zhǔn)點(diǎn)、深部基準(zhǔn)點(diǎn)、淺部基準(zhǔn)點(diǎn)和表面基準(zhǔn)點(diǎn)，遙測傳感器通過屏蔽電纜線連接到回風(fēng)巷和下運(yùn)輸巷內(nèi)的分機(jī)中，各分機(jī)通過載波電纜連接到地面控制的主機(jī)和計(jì)算機(jī)上；(三)工作面每推進(jìn)15-20米，重復(fù)上述(一)、(二)步驟，隨著工作面的推進(jìn)，在采空區(qū)內(nèi)形成(15-20)*(15-20)米的遙測監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)；(四)計(jì)算機(jī)主機(jī)按照預(yù)定設(shè)置好的采集信號(hào)時(shí)間間隔，向各離層傳感器傳送采集信號(hào)指令，當(dāng)各離層傳感器接到采集信號(hào)命令時(shí)，對(duì)各測點(diǎn)的位移信號(hào)進(jìn)行采集并將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁信號(hào)傳輸?shù)降孛嬷鳈C(jī)，地面主機(jī)將電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成位移信號(hào)，并處理成各測點(diǎn)的離層速度；當(dāng)離層速度大于頂板冒落的離層預(yù)警閾值時(shí)，地面主機(jī)和井下分機(jī)同時(shí)自動(dòng)報(bào)警，預(yù)報(bào)出頂板的冒落厚度及地點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采空區(qū)堅(jiān)硬頂板的遙測預(yù)報(bào)方法，它包括在回采工作面內(nèi)靠近后排支柱部位，每間隔15－25米向頂板內(nèi)打一排鉆孔；然后安設(shè)遙測離層傳感器，傳感器與回風(fēng)巷和下運(yùn)輸巷內(nèi)的分機(jī)連接，各分機(jī)與地面控制的主機(jī)和計(jì)算機(jī)連接；工作面每推進(jìn)15－20米，重復(fù)上述步驟，這樣在采空區(qū)內(nèi)形成了一個(gè)遙測監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)；計(jì)算機(jī)主機(jī)將采集后的信號(hào)處理成各測點(diǎn)的離層速度，當(dāng)某一傳感器所顯示的離層值超過閾值時(shí)，地面計(jì)算機(jī)和井下分機(jī)將同時(shí)發(fā)出頂板冒落報(bào)警信號(hào)。對(duì)采空區(qū)內(nèi)頂板離層進(jìn)行實(shí)時(shí)遙測，避免了人工讀數(shù)帶來的誤差以及閾值差異較大的弊端，實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同類型頂板由計(jì)算機(jī)自動(dòng)預(yù)警的目的。
文檔編號(hào)E21F17/00GK1834405SQ20061004365
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月13日
發(fā)明者譚云亮, 何孔翔, 閆相宏, 馬植勝 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)