充填开采多信息动态监测方法.pdf

一种充填开采多信息动态监测方法，适用于矸石充填开采区域的充填开采多信息的动态监测，在监测断面的采空空间范围内布置垂直位移计、水平位移计、竖向压力计、横向压力计、水文综合测试仪、瓦斯综合测试仪；在对应帮部腰线位置垂直表面方向钻孔布置钻孔应力计、多点位移计，顶部垂直表面方向钻孔布置离层指示计；通过采集垂直位移、水平位移、竖向压力、横向压力、水位、水流、水质、水压、瓦斯浓度、CO浓度、温度、煤或岩体内部不同位置的应力、位移、离层信号，经各接线盒输出线相连汇集成总线与多通接线盒相连，再将多通接线盒与井下通讯分站、主站顺序连接，将监测到的信号实时动态输出到地面工作站，实现充填开采多信息动态监测。

1.  一种充填开采多信息动态监测方法，包括由数据处理平台、判别平台、控制平台、存储平台、报警平台、提示平台、扩展接口顺序连接的地面工作站，其特征在于：
(1)在巷道中线位置或采场需要检测位置埋设垂直位移计，使垂直位移计上端与顶部锚杆相连接，下端与底部锚杆相连接，引出垂直位移计数据传输线接至接线盒，以便传输垂直位移信号，填埋；
(2)在巷道腰线位置或采场需要检测的位置埋设水平位移计，使水平位移计两端分别与巷帮部位置的锚杆相连接，引出水平位移数据传输线接至接线盒，以便传输水平位移信号，填埋；
(3)在巷道底板中点位置或采场需要检测位置的底板浇筑钢筋混凝土水平基座，在基座上设置竖向压力计，引出竖向压力计的数据传输线接至接线盒，以便传输竖向压力信号，填埋；
(4)在巷道帮部腰线位置或采场需要检测的位置固定一块不锈钢钢板，在钢板上设置横向压力计，引出横向压力计的数据传输线接至接线盒，以便传输横向压力信号，填埋；
(5)在巷道底板中点位置或采场需要检测位置的顶板浇筑钢筋混凝土水平基座，在基座上设置水文综合测试仪，引出水文综合测试仪的数据传输线接至接线盒，以便传输水位、水流、水质、水压信号，填埋；
(6)在巷道顶板中点位置或采场需要检测位置的顶板用锚杆固定一块不锈钢钢板，在钢板上设置瓦斯综合测试仪，引出瓦斯综合测试仪的数据传输线接至接线盒，以便传输瓦斯浓度、CO浓度、温度信号，填埋；
(7)在监测断面对应的帮部腰线位置沿与煤体或岩体垂直方向先钻一个孔，从孔底往孔口方向依次间隔设置钻孔应力计的多个传感器，引出多个传感器的数据传输线与接线盒相连；然后在该孔附近再钻一个与煤体或岩体垂直的孔，从孔底往孔口方向依次间隔放置多个与多点位移计相连的卡爪，将多点位移计机身固定在孔口，引出数据传输线与接线盒相连，以便传输煤或岩体内部不同位置的应力、位移信号，填埋；
(8)在巷道顶板中点位置或采场需要检测位置的顶板钻孔，从孔底往孔口方向依次间隔放置与顶板离层指示计的卡爪，将顶板离层指示计主机固定在孔口，引出数据传输线与接线盒相连，以便传输离层信号，填埋；
(9)将采集到的垂直位移、水平位移、竖向压力、横向压力、水位、水流、水质、水压、瓦斯浓度、CO浓度、温度、煤或岩体内部不同位置的应力、位移、离层信号，经各接线盒输出线相连汇集成总线与多通接线盒相连，再经多通接线盒与井下通讯分站、主站顺序连接，将监测到的信号实时动态输出到地面工作站。

充填开采多信息动态监测方法
技术领域
本发明涉及一种多信息动态监测方法，尤其是涉及一种适用于矸石充填开采区域的充填开采多信息动态监测方法。
背景技术
充填开采是绿色开采技术的主要组成部分。我国是世界上少数几个能源以煤为主的国家之一，是世界上最大的煤炭生产国和消费国，占一次能源消费量的75％左右。煤炭资源开采导致了严重的塌陷破坏和生态环境问题。煤矸石是煤炭开采的主要废弃物，煤矸石从矿井下运输到地面不仅造成矿井提升运力的紧张和浪费，煤矸石在地面堆积影响地面矸石堆放区及其周围地面的生态环境，占用大量土地和污染土壤。同时，煤矸石大量的采出也造成采场空间的扩大，岩层移动和地表沉陷加剧，对煤炭企业造成了一定的经济压力。
目前利用井下采空区处置煤矸石的充填采煤技术，既可以减少煤矿固体废弃物排放、又可以减轻开采沉陷灾害、提高矿井资源回收率，是实现煤矿绿色开采的有效途径。但长期以来由于缺乏高效、精确、全面的监测方法，尤其是拿不出有关充填开采对地面沉陷控制作用的令人信服的证据，使得煤矸石充填开采技术一直无法得到大面积推广应用。矸石形成了大量矸石升井占地堆放，不仅造成环境污染，而且造成地表塌陷，破坏生态环境和浪费“三下”呆滞资源的多重被动局面。为此，急需一种充填开采多信息的动态监测方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种充填开采多信息动态监测方法，以解决充填开采中多信息在线实时监测，及时了解充填效果及准确预计充填区域地表沉陷情况。
本发明的充填开采多信息动态监测方法：
包括由数据处理平台、判别平台、控制平台、存储平台、报警平台、提示平台、扩展接口顺序连接的地面工作站，具体实施步骤如下：
(1)在巷道中线位置或采场需要检测位置埋设垂直位移计，使垂直位移计上端与顶部锚杆相连接，下端与底部锚杆相连接，引出垂直位移计数据传输线接至接线盒，以便传输垂直位移信号，填埋；
(2)在巷道腰线位置或采场需要检测的位置埋设水平位移计，使水平位移计两端分别与巷帮部位置的锚杆相连接，引出水平位移数据传输线接至接线盒，以便传输水平位移信号，填埋；
(3)在巷道底板中点位置或采场需要检测位置的底板浇筑钢筋混凝土水平基座，在基座上设置竖向压力计，引出竖向压力计的数据传输线接至接线盒，以便传输竖向压力信号，填埋；
(4)在巷道帮部腰线位置或采场需要检测的位置固定一块不锈钢钢板，在钢板上设置横向压力计，引出横向压力计的数据传输线接至接线盒，以便传输横向压力信号，填埋；
(5)在巷道底板中点位置或采场需要检测位置的顶板浇筑钢筋混凝土水平基座，在基座上设置水文综合测试仪，引出水文综合测试仪的数据传输线接至接线盒，以便传输水位、水流、水质、水压信号，填埋；
(6)在巷道顶板中点位置或采场需要检测位置的顶板用锚杆固定一块不锈钢钢板，在钢板上设置瓦斯综合测试仪，引出瓦斯综合测试仪的数据传输线接至接线盒，以便传输瓦斯浓度、CO浓度、温度信号，填埋；
(7)在监测断面对应的帮部腰线位置沿与煤体或岩体垂直方向先钻一个孔，从孔底往孔口方向依次间隔设置多个传感器，引出多个传感器的数据传输线与接线盒相连；然后在该孔附近再钻一个与煤体或岩体垂直的孔，从孔底往孔口方向依次间隔放置多个与多点位移计相连的卡爪，将多点位移计机身固定在孔口，引出数据传输线与接线盒相连，以便传输煤或岩体内部不同位置的应力、位移信号，填埋；
(8)在巷道顶板中点位置或采场需要检测位置的顶板钻孔，从孔底往孔口方向依次间隔放置与顶板离层指示计的卡爪，将顶板离层指示计主机固定在孔口，引出数据传输线与接线盒相连，以便传输离层信号，填埋；
(9)将采集到的垂直位移、水平位移、竖向压力、横向压力、水位、水流、水质、水压、瓦斯浓度、CO浓度、温度、煤或岩体内部不同位置的应力、位移、离层信号，经各接线盒输出线相连汇集成总线与多通接线盒相连，再经多通接线盒与井下通讯分站、主站顺序连接，将监测到的信号实时动态输出到地面工作站。
有益效果：采用竖向位移计和横向位移计分别监测围岩表面的垂直位移、水平位移与允许值进行比较；采用架竖向压力计和横向压力计分别监测充填体内部的垂直压力和水平压力，将监测数据通过通讯设施实时传输到数据处理模块与有关值进行比较，判断覆岩后期可能出现的最大变形、进行地表沉陷变形预计和建(构)筑物破坏程度预测；采用水文综合测试仪监测充填区域的水位、水流和水质等情况，将监测数据通过通讯设施实时传输到数据处理模块煤(岩)体的稳定程度对应的水位、水流及水质的可能参考值进行比较和定级，超出国家规定的相关值时报警，提示水污染情况和基本治理措施；采用瓦斯综合测试仪监测充填区域的温度、瓦斯浓度、CO浓度，将监测数据通过通讯设施实时传输到数据处理模块与设定值进行比较，判断充填区域瓦斯浓度超限范围及对其它区域的影响，判断充填区域是否出现自燃现象及发火区的范围，超出规定值时报警；采用钻孔应力计监测围岩的内部应力，将监测数据通过通讯设施实时传输到数据处理模块与设定值进行比较，判断煤体或岩体中的承载核区及分区破裂情况，判定支护参数的合理性和煤体或岩体的稳定性，超出设定值时报警提示；采用架设在煤体或岩体中的多点位移计监测围岩的内部位移和离层情况，将监测数据通过通讯设施实时传输到数据处理模块与设定值进行比较，推断煤体或岩体中的离层情况和松动圈的分布情况，为支护参数的优化设计提供依据，超出设定值时报警提示。适用于巷采矸石充填开采、普采矸石充填开采和长壁综采矸石充填开采区域的多信息[变形(垂直位移、水平位移)、岩体内部应力和变形、顶板离层量、矸石压缩量、矸石作用力、瓦斯浓度、一氧化碳浓度、温度、地下水压力、水流速度]动态监测，其方法简便，运行可靠，对于推广充填开采技术，提高矿井资源回收率和减少环境污染具有重要的科学意义和现实价值。
具体实施方式
本发明按照《煤矿安全规程》中有关规定布置若干个监测断面，在每个监测断面内设置竖向位移计、横向位移计、竖向压力计、横向压力计、水文综合测试仪、瓦斯综合测试仪、钻孔应力计、多点位移计等传感器组成数据采集平台，具体实施步骤如下：
将竖向位移计架设在巷道中线位置或采场需要检测的位置，上端与顶部锚杆通过螺栓连接固定，下端与底部锚杆通过螺栓连接固定，将竖向位移计的数据传输线理顺并与挂在帮部的接线盒连接，然后用矸石填埋竖向位移计；
将横向位移计架设在巷道腰线位置(或采场需要检测的位置)，两端分别与帮部相应位置的锚杆通过螺栓连接固定，将横向位移计的数据传输线理顺并与挂在帮部的接线盒连接，然后用矸石填埋横向位移计；
在巷道底板中点位置或采场需要检测位置的底板浇筑高200mm×1000mm×1000mm的钢筋混凝土水平基座，将竖向压力计用螺栓固定在基座中央；将竖向压力计的数据传输线理顺并与挂在帮部的接线盒连接，然后用矸石填埋竖向压力计；
在巷道帮部腰线位置或采场需要检测的位置用锚杆固定一块厚50mm×1000mm×1000mm的不锈钢钢板，将横向压力计用螺栓固定在钢板中央；将横向压力计的数据传输线理顺并与挂在帮部的接线盒连接，然后用矸石填埋横向压力计；
在巷道底板中点位置或采场需要检测位置的顶板浇筑高200mm×1000mm×1000mm的钢筋混凝土水平基座，将水文综合测试仪用螺栓固定在基座中央；将水文综合测试仪的数据传输线理顺并与挂在帮部的接线盒连接，然后用矸石填埋水文综合测试仪；
在巷道顶板中点位置或采场需要检测位置的顶板用锚杆固定一块厚20mm×300mm×300mm的不锈钢钢板，将瓦斯综合测试仪用螺栓固定在钢板中央；将瓦斯综合测试仪的数据传输线理顺并与挂在帮部的接线盒连接，然后用矸石填埋瓦斯综合测试仪；
用防爆钻机在帮部腰线位置煤体或岩体中钻孔，孔径42mm，孔深12000mm；从孔底往孔口方向依次每隔2000mm固定放置钻孔应力计的一个传感器，每孔6个传感器；封孔后，将钻孔应力计的数据传输线理顺并与挂在帮部的接线盒连接，然后用矸石填埋钻孔应力计外露部件；
在帮部腰线位置煤体或岩体钻孔附近再钻一个与煤体或岩体垂直的孔，，孔径28mm，孔深12000mm；从孔底往孔口方向依次每隔2000mm固定放置多点位移计的一个卡爪，每孔6个卡爪；将多点位移计主机固定在孔口，理顺数据传输线并与挂在帮部的接线盒连接，然后用矸石填埋多点位移计外露部件；
在巷道顶板中点位置或采场需要检测位置的顶板用防爆钻机钻孔，孔径28mm，孔深4000mm；从孔底往孔口方向依次每隔2000mm固定放置顶板离层指示计的一个卡爪，每孔2个卡爪；将顶板离层指示计主机固定在孔口，理顺数据传输线并与挂在帮部的接线盒连接，然后用矸石填埋顶板离层指示计外露部件；
将采集到的竖向位移、横向位移、竖向压力、横向压力、水位、水流、水质、水压、瓦斯浓度、C0浓度、温度、煤(岩)体内部不同位置的应力、煤(岩)体内部不同位置的位移等信号，通过由分数据线、接线盒、总线、多通接线盒、井下通讯分站(配置本安电源)、井下通讯主站组成的数据传输平台，将监测到的信号实时动态地输出到地面井上工作站，通过软件操作实现充填开采多信息动态监测。
由数据处理平台、判别平台、控制平台、存储平台、报警平台、提示平台、扩展接口顺序连接的地面工作站，数据处理平台通过数据传输平台与数据采集平台对接，对收到的信号进行处理，绘制对应监测量随时间变化的关系曲线，分离或提取有关特征量作为特征参数，输出到判别平台；
控制平台通过关键参数设置来控制整个系统的工作，包括传感器的采样频率、采样时间、采样长度、数据平台的参数设置、存储平台的参数设置、判别平台的参数设置、报警平台的参数设置、提示平台的参数设置；
判别平台接受到数据处理平台传输的信号后，通过比较特征参数与预置判定参数，得出判定结果，同时，判别平台还包括系统自身的故障检测功能，用于判断系统发生故障的设备、位置及原因，为修复系统提供依据；
判别平台和控制平台的输出端接有报警平台、提示平台和扩展接口；报警平台在出现系统故障和检测信号超限时自动报警；同时，提示平台会给出故障原因和处理措施；扩展接口包括使系统与矿调度系统相连的人机接口、与矿闭路电视相连的接口及与远程局(集团)调度中心通讯的总线接口，能使系统与局域网相连，成为矿区检测网的一个单元。