采空区坚硬顶板的遥测预报方法.pdf

本发明公开了一种采空区坚硬顶板的遥测预报方法，它包括在回采工作面内靠近后排支柱部位，每间隔15－25米向顶板内打一排钻孔；然后安设遥测离层传感器，传感器与回风巷和下运输巷内的分机连接，各分机与地面控制的主机和计算机连接；工作面每推进15－20米，重复上述步骤，这样在采空区内形成了一个遥测监测网点；计算机主机将采集后的信号处理成各测点的离层速度，当某一传感器所显示的离层值超过阈值时，地面计算机和井下分机将同时发出顶板冒落报警信号。对采空区内顶板离层进行实时遥测，避免了人工读数带来的误差以及阈值差异较大的弊端，实现对于不同类型顶板由计算机自动预警的目的。

1、  一种采空区坚硬顶板的遥测预报方法，它包括以下步骤：
(一)在回采工作面内靠近后排支柱部位，每间隔15-25米，用钻机向顶板内打一排钻孔；
(二)在钻好的孔中，安设遥测离层传感器，每一传感器的四个感应点分布在孔底基准点、深部基准点、浅部基准点和表面基准点，遥测传感器通过屏蔽电缆线连接到回风巷和下运输巷内的分机中，各分机通过载波电缆连接到地面控制的主机和计算机上；
(三)工作面每推进15-20米，重复上述(一)、(二)步骤，随着工作面的推进，在采空区内形成(15-20)*(15-20)米的遥测监测网点；
(四)计算机主机按照预定设置好的采集信号时间间隔，向各离层传感器传送采集信号指令，当各离层传感器接到采集信号命令时，对各测点的位移信号进行采集并将位移信号转换成电磁信号传输到地面主机，地面主机将电磁信号转换成位移信号，并处理成各测点的离层速度；当离层速度大于顶板冒落的离层预警阈值时，地面主机和井下分机同时自动报警，预报出顶板的冒落厚度及地点。

采空区坚硬顶板的遥测预报方法
技术领域
本发明属于煤矿开采技术领域，尤其是煤矿回采工作面顶板冒落的监测。
背景技术
在煤矿开采中，当顶板悬露到一定的面积时，顶板就要冒落。当顶板冒落时将对维持回采工作面安全空间的支架或支柱造成冲击。顶板越坚硬，对支架或支柱的冲击损害就越大，有时会砸垮或推垮回采工作面支架或支柱，造成人员的伤亡。通常，最危险的顶板厚度为下部3～5米的直接顶，当其大面积冒落时的危害极大。
对于回采工作面顶板冒落的监测预报，通常有如下三种方式：一是沿着回采工作面倾斜方向每隔10～30米，设一条测线，人工观测支柱工作阻力和活柱缩量变化，来推断顶板是否将要冒落；二是在回风巷(或上顺槽)和下运输巷(或下顺槽)内每隔3～5米等间距布置顶板下沉测点和超前支柱工作阻力测点，通过各测点的顶板下沉量(或下沉速度)和支柱工作阻力变化来推断采空区顶板是否将要冒落；三是在回风巷(或上顺槽)和下运输巷(或下顺槽)煤体或顶板内每隔20～30米安设微地震或声发射探头进行声波探测，来推断顶板是否将要冒落。对于上述第一种、第二种方法而言，各测点处顶板下沉量和支柱缩量地大小将与该地点支柱支护质量有很大关系，同时人工读数误差较大，容易造成顶板冒落的误报；对于第三种方法而言，由于顶板本身沉积构造的复杂性，众多裂纹扩展形态及同时扩展时所产生的声波信号极为复杂，很难获得顶板破裂位置与声波之间一一对应关系，成为目前还无法解决的难题，利用声波进行顶板冒落预报还不能满足工程要求。特别是对于坚硬顶板而言，属于未空区大范围易落，用上述方法很难准确地预报，极易发生事故。
目前有用离层监测传感器检测回风巷(或上顺槽)和下运输巷(或下顺槽)内锚杆支护顶板的离层情况，但还没有用于回采工作面采空区大范围顶板冒落的监测预报中。
发明内容
本发明的目的是针对上述顶板冒落预报方法的不足，提出一种用离层检测仪进行坚硬顶板冒落时的遥测预报方法。
本发明的技术方案是：
一、在回采工作面内打孔
在回采工作面内靠近后排支柱部位，每间隔15-25米，用钻机向顶板内打一排钻孔。
二、钻孔内安设遥测离层传感器
在工作面钻好的孔中，安设遥测离层传感器，每一传感器的四个感应点分布在孔底基准点、深部测点、浅部测点和表面基准点，遥测传感器将位移信号转换成电磁信号，通过屏蔽电缆线传输到回风巷(或上顺槽)和下运输巷(或下顺槽)内的分机中。为了防止采空区内局部顶板冒落把电缆线砸坏，用强度高、韧性好的PVC管套装。
三、工作面每推进15-20米，重复上述一、二步骤，随着工作面的推进，在采空区内形成(15-20)*(15-20)米的遥测监测网点。
四、顶板离层监测数据传输、处理与预警
首先由计算机主机按照预定设置好的采集信号时间间隔，向各离层传感器传送采集信号指令；当各离层传感器接到采集信号命令时，对各测点的位移信号进行采集并将位移信号转换成电磁信号传输到地面主机；地面主机将电磁信号转换成位移信号，并处理成各测点的离层速度；当离层速度大于顶板冒落的离层预警阈值时，地面主机和井下分机同时自动报警，预报出顶板的冒落厚度及地点。
本发明的积极效果是：
一、采空区内顶板离层是顶板冒落的最为直接前兆，因此通过离层监测来预报顶板冒落，其准确率100％，这样为坚硬顶板条件下煤层的安全开采，提供了安全保障。
二、对采空区内顶板离层进行实时遥测，可以避免人工读数带来的误差和其它人为不准确数据，使得监测数据最为可靠。
三、采用离层速度作为预警指标，这样可以避免像脆性砂岩与延性大的石灰岩顶板冒落时阈值差异较大的弊端，便于实现对于不同类型顶板由计算机自动预警的实现。
经在现场12次试验表明，对坚硬顶板冒落预报准确率100％，对保障安全开采起到至关重要作用。
附图说明
图1为回采工作面及采空区遥测离层传感器布置平面图，图2是离层传感器安装剖面示意图，图3是遥测预报系统构成示意图。
图例说明：1-下运输巷，2-回风巷，3a-回风巷分机，3b-下运输巷分机，4a-屏蔽电缆，4b-屏蔽电缆，5-工作面，6-铰接顶梁，7-钻孔，8-钻孔，9-冒落矸石，10-离层传感器，11-孔底基准点，12-深部测点，13-浅部测点，14-顶板；15-普通载波电缆，16-主机，17-计算机，18-打印机。
下面结合附图说明本发明的实施例。
一、如图1所示，随着工作面5煤层开采的进行，在靠近工作面5后排支柱处，沿着工作面5倾斜方向每间距20米向顶板14打一排钻孔7，钻孔深度超过坚硬顶板厚度，再如图2所示，安设离层传感器10，离层传感器10的四个感应点分布在孔底基准点11、深部12测点、浅部测点13和孔口表面，根据顶板岩层分层的差异决定深部测点12、浅部测点13的位置。
工作面5每推进20米，打一排钻孔8如前所述安设离层传感器10。
二、如图1所示，将工作面5上半部离层传感器的屏蔽电缆4a连接到工作面5回风巷分机3a；将工作面5下半部离层传感器的屏蔽电缆4b连接到工作面5下运输巷分机3b。
三、如图3所示，将工作面5回风巷分机3a和工作面5下运输巷分机3b通过普通载波电缆15与地面主机16相联接，然后地面主机16与计算机17、打印机18相连接。
四、基于离层预报顶板冒落的过程为：首先由主机16按照预定设置好的采集信号时间间隔，通过普通载波电缆15向分机3a、3b下达采集信号的指令，由分机3a、3b进一步通过屏蔽电缆4a、4b向各离层传感器10传送采集信号指令。当各离层传感器10接到采集信号命令时，对深部测点12、浅部测点13的位移信号进行采集将位移信号转换成电磁信号，并进一步通过分机3a、3b由普通载波电缆15传输到地面主机16。电磁信号由主机16进一步转换成位移信号。然后由计算机17根据内存的计算机程序对各离层传感器10所采集的不同深度测点的位移信号进行处理，自动转换成深部测点12和浅部测点13的离层速度。当离层速度大于顶板冒落的离层预警阈值时，地面主机16和井下分机3同时自动报警，预报出顶板14的冒落厚度及地点。
本方案对坚硬顶板条件最为有效，对于随采随冒破碎顶板不适宜。