井下采掘空间顶板离层的预警方法.pdf

本发明公开了一种井下采掘空间顶板离层的预警方法，涉及煤矿回采工作面顶板和巷道顶板冒落的方法。它主要是采用离层速度比率λn作为预警指标，判断某一时刻离层速度比率是否超过极限离层速度比率来进行预警。由于离层速度比率λn在同一岩层中不同的巷道位置是不变的，这样可以避免在采掘空间内因离层传感器安设位置的不同而对顶板冒落预警的结果产生影响，确保在有可能发生离层区域的所有位置处进行离层监测预警的等价性，提高离层预报的准确性。

1、  一种井下采掘空间顶板离层的预警方法，其特征是，它包括以下步骤：
(1)在监测地点打孔安装自动读数和存储数据的离层传感器，在地面安装离层遥测监测系统，离层传感器每隔一定时间采集离层位移数据，并将数据传输到离层遥测监测系统存入相关数据文件；
(2)对离层位移数据进行处理及顶板离层冒落预警
由离层遥测监测系统对采集到的离层位移数据进行处理，具体步骤为：
①对采集到的离层位移数据增量h_n除以数据采集间隔时间m得到离层速度值v_n，即v_n＝h_n/m；
计算某一时刻离层速度比率λ_n，即：
λn=vn1nΣi=1nvi]]>
②设置监测地点顶板冒落时的极限离层速度比率λ_n′，即离层预警常数阈值；
③判断某一时刻离层速度比率λ_n是否超过设定的常数阀值，如超过常数阀值，判定离层即将发生，作出相应预警。

井下采掘空间顶板离层的预警方法
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和巷道顶板冒落的方法。
背景技术
在煤矿回采工作面开采和巷道掘进过程中，当顶板悬露到一定的面积时，顶板就要冒落，造成人员的伤亡。通常，最危险的顶板厚度为下部3～5米范围的顶板，一般要对该部分顶板的冒落进行预报。
目前，对顶板离层的预报监测仪器包括机械式(人工读数)、电磁转换式(自动定时读数和存储数据、人工用分机取数)和离层遥测监测系统(自动定时读数和存储数据、自动传输到地面计算机)，这些监测手段对预防顶板冒落起到积极作用。但是，在对监测到离层数据进行顶板冒落预警处理方面，都是基于具体地点顶板离层量值大小和离层速度大小，通过给定阈值进行顶板冒落预警。由于不同地点顶板离层量和离层速度不一样，例如在巷道中部处所监测到的顶板离层量和离层速度要远大于靠近两帮处顶板离层量和离层速度，因此，对于同一巷道而言，由于顶板离层冒落的阈值是一给定的常数，这样将会出现因离层仪安装位置的不同而导致对同一区域顶板离层冒落预报结果出现偏差，仍给采掘工程安全的可靠性带来很大影响，致使在有离层监测的巷道仍然存在发生冒顶事故的现象。因此，很需要对现有预警方法进行改进，消除因离层监测安设位置的不同而造成的顶板冒落预报结果的偏差。目前对这方面的研究尚未见到国内外类似研究的报道。
发明内容
本发明的目的是针对上述顶板离层冒落预报的不足，提出一种预报结果较为准确地预警方法。
本发明的技术方案是：
一、在监测地点打孔安装自动读数和存储数据的离层传感器，在地面安装离层遥测监测系统，离层传感器每隔一定时间采集离层位移数据，并将数据传输到离层遥测监测系统存入相关数据文件。
二、对离层位移数据进行处理及顶板离层冒落预警
由离层遥测监测系统对采集到的离层位移数据进行处理，具体步骤为：
1、对采集到的离层位移数据增量h_n除以数据采集间隔时间m得到离层速度值v_n，即v_n＝h_n/m。
计算某一时刻离层速度比率λ_n，即：
λn=vn1nΣi=1nvi]]>
2、设置监测地点顶板冒落时的极限离层速度比率λ_n′，即离层预警常数阈值。
3、判断某一时刻离层速度比率λ_n是否超过设定的常数阀值，如超过常数阀值，判定离层即将发生，作出相应预警。
本发明的积极效果是：
采用离层速度比率λ_n作为预警指标，由于离层速度比率λ_n在同一岩层中不同的巷道位置是不变的，这样可以避免在采掘空间内因离层传感器安设位置的不同而对顶板冒落预警的结果产生影响，确保在有可能发生离层区域的所有位置处进行离层监测预警的等价性，提高离层预报的准确性。
附图说明
图1为离层传感器安装布置图；
图2为测得的两个传感器离层速度图；
图3为经数据处理获得的离层速度比率图；
图4为数据处理过程原理框图。
具体实施方式
下面根据某矿的具体实施进一步说明本发明的方法。
例：某矿煤层厚度2.8米，顶板自下至上为1.6米的粉砂岩和3.0米的中粒砂岩，巷道宽度4米、高度2.8米。为了进行顶板离层的准确预报，在地面安装离层遥测监测系统，在巷道中部2米安装1#离层传感器、离右帮0.2米处安装2#离层传感器(如图1所示)。设定每10分钟采集一次数据，离层遥测监测系统收到位移数据后存入数据文件并进行处理。处理时，按照技术方案中的第二步骤进行，处理过程如图4所示，当离层速度比率为0.6时发出报警。
在处理过程中，可得到如图2所示1#和2#离层传感器的速度图和图3所示的离层速度比率图。从图2可以看出，顶板冒落时顶板中部1#离层传感器离层速度19mm/h，而靠帮2#离层传感器离层速度仅为6mm/h；从图3可以看出，顶板冒落时顶板中部1#离层传感器和靠帮2#离层传感器离层速度比率几乎相等，均在0.6左右。试验结果表明，虽然离层传感器安装位置不同，但最终监测到的离层速度比率几乎相等，避免了因离层传感器安设位置不同而对顶板冒落预警产生影响，这充分验证了本预警方法的可靠性和科学性，能够有效避免因监测地点分不同影响而预警结果的缺陷。