CN104454010B - 一种深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统与预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统与预警方法，系统包括：监测控制系统平台和系统信号采集单元。方法包括：1)巷道深井工程地质条件数据采集；2)巷道布设声发射信号传感器、微震拾震器监测站进行围岩内部破裂失稳先兆信号采集；3)布设围岩宏观变形、压力数据采集装置；4)对围岩内部破裂失稳先兆信号、地应力、煤岩体冲击倾向、钻屑量和工程地质条件数据、支护体压力、表面收敛变形量、钻孔内部应力和钻孔内部损伤信号至监测系统单元；5)预警单元发出报警，系统布设控制方案和施工处治方法。本发明系统科学、安全实用，可操作性强，便于实现高应力状态下巷道施工实时监测预警。
Description
技术领域
本发明涉及一种深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统与处治方法，特别适用于深井高地应力环境下煤巷施工过程中的强(冲击)矿压实时监测、综合动态设计与预警处治。
背景技术
随着我国浅部煤炭资源的减少和深部资源开采的增加，深井高应力巷道围岩动力学失稳及预测控制成为深部开采工程亟待解决的关键技术问题之一。与浅部开采相比，深部煤岩体宏观动力学响应特征、采动应力场以及能量的集聚释放规律均发生了显著的变化，深井大空间高强度的开采模式导致采动应力场的时空关系和动力学特征更加复杂，使得冲击地压、顶板大面积来压、巷道围岩大变形等动力灾害的频率、强度和规模几乎和深度成正比地增加，灾害性事故越来越频繁，造成重大经济损失和大量人员伤亡，深部煤岩动力学失稳问题严重制约了煤炭的高效安全开采。
深井巷道开掘过程中受高地应力、周期性剧烈扰动影响导致巷道围岩应力环境进一步恶(异)化，巷道支护效果差，变形量大，与浅部巷道相比矿压显现更为剧烈，深井高应力煤岩巷道围岩动力学失稳机理及监测预警与处治成为深部开采工程亟待解决的关键技术问题之一。
因此，借鉴地下工程中新奥法，将深井煤岩巷道动态设计、施工采用现场地质调查、室内实验、理论分析、现场围岩变形失稳量测技术、冲击矿压实时监测技术、信息反馈、超前预警和动态调整设计与处治相结合的动态综合监测预警与处治方法，不但可以为深井巷道的动态设计和综合施工提供依据，能够预警强(冲击)矿压事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然。
目前，现场地质调查、巷道围岩变形失稳量测技术，作为煤矿巷道支护设计施工监测的主要方法；室内冲击倾向性试验、钻屑量测定、理论分析与数值模拟法是对于深井煤岩巷道掘进局部发生强(冲击)矿压的可能性进行预测，若存在危险性程度较高，则须采取相应的监测、预警与防治措施；而微震监测、声发射(地音)监测方法，是对于全矿更大范围内煤岩内部破裂失稳信号进行实时监测，具有煤体损伤小、时间和空间连续等优点，是对于深井煤巷动力灾害监测最有发展潜力的方法之一。
发明内容
针对上述背景技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统与处治方法，是一种现场地质调查、室内试验、理论分析和局部巷道围岩变形、压力量测和大区域煤岩体内部破裂失稳实时监测方法的系统集成，采用本发明的系统能动态反馈监测数据与模块实时分析，及时指导动态设计和施工方案，综合评判预警与处治方法最大限度的避免巷道大变形、冲击矿压、大面积来压等突发性事故的发生，实现了深井高应力煤岩巷道施工综合动态设计更加动态实时、准确安全、科学便捷。
为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统，该系统至少包括：系统平台和系统信号采集单元；
所述系统平台包括：
巷道矿压显现综合监测系统单元，用于汇集与实时显示巷道矿压显现各个子模块分析结果；
巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元用于对巷道矿压显现综合监测系统单元发出的分析结果进行评价，通过预警模块对综合分析结果超过预警标准值发出预警指令，同时远程控制修正巷道综合监测方案；
工程地质环境分析子模块，用于将深井工程地质条件数据采集装置采集的深井煤巷工程地质条件、钻屑量、地应力和室内冲击向性试验参数工程地质环境数据显示与初步分析，并与标准体系对比，综合判定深井巷道工程地质环境条件；
巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块，用于将围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置采集到的围岩体内部微震信号和声发射信号进行实时监测与分析，同时根据建立的预警标准体系对围岩发生动力灾害的危险程度进行判定；
巷道围岩变形失稳评价子模块，用于将压力数据采集装置采集到的围岩宏观变形和压力数据进行实时显示与评价分析；
巷道支护动态设计单元，根据巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元发出的指令，用于将原支护方案进行动态设计优化；
卸压解危措施施工模块，根据巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元发出的指令，用于确定控制深井巷道围岩动力灾害的卸压解危施工方案；
所述系统信号采集单元包括：
深井工程地质条件数据采集器，用于深井巷道围岩地质构造、地应力赋存条件、顶底板岩层力学性质、煤岩体冲击倾向性参数和煤体钻屑量测定数值基础数据的采集与显示；
围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置，用于围岩内部微破裂发生的微震信号强度与频度参数和声发射信号波形、事件数和频率参数的采集；
围岩宏观变形、压力数据采集装置，用于深井巷道围岩表面收敛量、支护体压力和煤岩体深部位移量宏观变形压力参数的采集；
所述巷道矿压显现综合监测系统单元分别连接巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元和工程地质环境分析子模块、巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块、巷道围岩变形失稳评价子模块；巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元分别连接巷道支护动态设计单元和卸压解危措施施工模块；所述工程地质环境分析子模块连接至深井工程地质条件数据采集器，巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块连接至围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置，巷道围岩变形失稳评价子模块连接至围岩宏观变形、压力数据采集装置。
进一步地，所述深井工程地质条件数据采集器由室内实验室测定或现场测定获得包括地应力测量数据、冲击倾向性测定参数、钻屑量测定数据和工程地质条件数据。
进一步地，所述围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置包括微震拾震器监测站和声发射信号传感器；
所述声发射信号传感器埋设于深井巷道掘进头至工作面运输巷之间巷道两侧煤体内部，自掘进头后50m开始布置，间隔40m-50m布置一个监测断面，并随掘进工作面前进依次前移布置；
所述微震拾震器监测站根据矿井总体布局考虑布置，依次在井底车场、大巷、联络巷位置按照一定的辐射半径每隔500-1000m布设一个分站，井上一个总站。
进一步地，所述围岩宏观变形、压力数据采集装置包括锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪，用于测量支护体压力、表面收敛变形量、钻孔内部应力和钻孔深部位移；
所述锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪设于围岩宏观变形、压力数据传感器测站内，沿深井掘进工作面巷道布置，自掘进头后20m开始布置，间隔25m～30m布置一个监测断面。
进一步地，所述监测断面随掘进工作面前进依次前移布置，监测矩形断面顶底板中点和两侧中线附近点布设表面收敛变形量观测点；
所述锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪布置于掘进工作面顶板中线附近，分别测定围岩内部压力、顶板内部岩层位移量和损伤分布特征。
进一步地，所述锚杆测力计上设有锚杆托盘，支护体压力盒布置在矩形巷道顶板两侧处锚杆托盘上。
相应地，本发明还给出了一种深井巷道掘进施工动态综合监测预警方法，包括下述步骤：
1)通过现场测定或室内实验室测定，获得包括地应力测量数值、煤岩体冲击倾向性测定参数、钻屑量测定数据和工程地质条件数据，同时将数据结果输入至系统深井工程地质条件数据采集器；
2)将声发射信号传感器埋设于深井巷道掘进头至工作面运输巷之间巷道两侧煤体内部，自掘进头后50m开始布置，间隔40m-50m布置一个监测断面；
3)将微震拾震器监测站布置在井下井底车场、大巷、联络巷位置按照一定的辐射半径每隔500-1000m布设一个分站，井上一个总站；
4)将步骤2)、3)声发射信号传感器和微震拾震器监测站采集到的实时信号或数据经光缆传导到井上一个总站，集合各个分站监测数据并进行分析和图形处理；将数据分析结果输入至围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置；
5)将围岩宏观变形、压力数据采集装置沿深井掘进工作面巷道布置，自掘进头后20m开始布置，间隔25m～30m布置一个监测断面，监测矩形断面顶底板中点和两侧中线附近点布设表面收敛变形量观测点；
6)将围岩宏观变形、压力数据采集装置中的锚杆测力计分别布设在矩形断面顶底板中点和中线附近两侧，深基点位移计和钻孔成像仪分别布设在矩形断面顶底板中间锚杆测力计的两侧，分别测定围岩内部压力、顶板内部岩层位移量和损伤分布特征；
7)支护体压力盒分别布置在矩形巷道顶板靠近两侧处锚杆托盘上，通过锚杆测力计、锚杆托盘上的压力盒传感器采集围岩压力数据；通过表面收敛计测得表面收敛变形量、深基点位移计采集支护体压力、钻孔成像仪采集钻孔内部应力和钻孔内部损伤实时围岩变形数据，将采集到的压力信号和实时围岩变形数据经光缆传输到地面接入围岩宏观变形、压力数据采集装置；
8)巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块将声发射信号传感器和微震拾震器监测站采集的信号进行分析与图形处理，处理结果传输至巷道矿压显现综合监测系统单元；
9)工程地质环境分析子模块将地应力测量数据、煤岩体冲击倾向测定参数、钻屑量测定数据和工程地质条件数据综合分析后传输至巷道矿压显现综合监测系统单元；
10)巷道围岩变形失稳评价子模块将锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪采集的支护体压力、表面收敛变形量、钻孔内部应力和钻孔内部损伤的监测信号综合分析后传输至巷道矿压显现综合监测系统单元；
11)巷道矿压显现综合监测系统单元将该信号传输至预警单元进行数据处理后，基于监测结果和规范、规程监测标准，经与系统设定的标准值进行比较，若超限，则发出报警；
12)巷道支护动态设计单元和卸压解危措施施工模块根据巷道矿压显现综合分析与预警信息单元对于巷道施工过程中是否发生灾害进行预警；通过巷道支护动态参数设计模块进一步调整和优化巷道围岩应力、支护结构及相关参数，提出合理的巷道围压变形、应力分布综合控制方案和卸压解危施工处治方法。
进一步地，所述步骤2)中，在监测断面两侧各打一个钻孔，布置声发射传感器，信号经电缆连接井上采集卡，由声发射数据采集单元对声发射信号进行处理。
本发明设计了一套集成的深井坚硬煤岩巷道掘进施工综合动态设计与监测预警系统，具有以下优点：
(1)采用数字化监测，通过监测系统终端实时进行矿压显现基础数据采集，避免了误差累计的同时，使监测工作安全性更高；
(2)可实时动态采集受开挖扰动影响大范围内煤岩宏观变形压力、岩体内部破裂前兆信息，并进行数据处理和分析，将煤岩体宏细观变形特征综合监测评判，更全面了解和掌握开挖扰动区煤岩体动态变形过程；
(3)通过监测数据的综合分析评判、掌握高应力区煤巷施工过程中的各种危险状态，最大限度的避免巷道大变形、冲击矿压、大面积来压等突发性事故的发生；
(4)通过监测数据与预警标准值分析对比，提出可能发生动力灾害的处治施工方案，并调整监测采集频率，及时监测施工效果并进行信息反馈；为巷道动态设计和施工提供指导。
综上所述，本发明设计合理，可操作性强，可考虑各种复杂地质环境能有效实现深井高应力煤岩巷道施工综合动态设计更加动态实时、准确安全、科学便捷。
附图说明
图1为本发明系统示意图。
图2为本发明应用于巷道测站布置示意图。
图3为本发明应用于巷道监测断面设备布置示意图。
图中：1、深井工程地质条件数据采集器；2、围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置；3、围岩宏观变形、压力数据采集装置；4、工程地质环境分析子模块；5、巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块；6、巷道围岩变形失稳评价子模块；7、巷道围岩矿压显现综合监测系统单元；8、巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元；9、巷道支护动态设计单元；10、卸压解危措施施工模块。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统，包括：系统平台和系统信号采集单元。
系统平台包括：巷道矿压显现综合监测系统单元7、巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元8、巷道支护动态设计单元9、卸压解危措施施工模块10、工程地质环境分析子模块4、巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块5、巷道围岩变形失稳评价子模块6。
系统平台各单元和模块的功能如下：
巷道矿压显现综合监测系统单元7，用于汇集与实时显示巷道矿压显现各个子模块分析结果。
巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元8，用于对巷道矿压显现综合监测系统单元7发出的分析结果进行评价，通过预警模块对综合分析结果超过预警标准值发出预警指令，同时远程控制修正巷道综合监测方案。
工程地质环境分析子模块4，用于将深井工程地质条件数据采集装置1采集的深井煤巷工程地质条件、钻屑量、地应力和室内冲击向性试验参数工程地质环境数据显示与初步分析，并与标准体系对比，综合判定深井巷道工程地质环境条件。
巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块5，用于将围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置2采集到的围岩体内部微震信号和声发射信号进行实时监测与分析，同时根据建立的预警标准体系对围岩发生动力灾害的危险程度进行判定。
巷道围岩变形失稳评价子模块6，用于将压力数据采集装置3采集到的围岩宏观变形和压力数据进行实时显示与评价分析。
巷道支护动态设计单元9，根据巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元8发出的指令，用于将原支护方案进行动态设计优化。
卸压解危措施施工模块10，根据巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元8发出的指令，用于确定控制深井巷道围岩动力灾害的卸压解危施工方案。
系统信号采集单元包括：深井工程地质条件数据采集器1、围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置2、围岩宏观变形、压力数据采集装置3。
系统信号采集单元各装置的功能如下:
深井工程地质条件数据采集器1，用于深井巷道围岩地质构造、地应力赋存条件、顶底板岩层力学性质、煤岩体冲击倾向性参数和煤体钻屑量测定数值基础数据的采集与显示。深井巷道围岩地质构造通过现场物探方法确定地质构造的类型、方位和延展尺度；深井地应力赋存特征通过水压致裂的方法确定其大小和方向；深井工程顶底板岩层力学性质、煤岩体冲击倾向性参数由室内岩石力学试验机加载实验计算获得，煤体钻屑量通过现场钻孔，测定钻孔后突出煤岩体数量来计算，获得的各个数据输入深井工程地质条件数据采集器1。
围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置2，用于围岩内部微破裂发生的微震信号强度与频度参数和声发射信号波形、事件数和频率参数的采集。
围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置2包括微震拾震器监测站和声发射信号传感器。
如图2所示，声发射信号传感器埋设于深井巷道掘进头至工作面运输巷之间巷道两侧煤体内部，自掘进头后50m开始布置，间隔40m-50m布置一个监测断面，并随掘进工作面前进依次前移布置。在监测断面两侧各打一个钻孔，布置声发射传感器，信号经电缆连接井上采集卡，由声发射(地音)数据采集软件对声发射信号进行采集处理。
微震拾震器监测站根据矿井总体布局考虑布置，依次在井底车场、大巷、联络巷位置按照一定的辐射半径每隔500-1000m布设一个分站，井上一个总站。采集到的实时信号或数据经光缆传导到井上总站，集合各个分站监测数据并进行分析和图形处理；将声发射数据和微震数据分析结果输入围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置2。
围岩宏观变形、压力数据采集装置3，用于深井巷道围岩表面收敛量、支护体压力和煤岩体深部位移量宏观变形压力参数的采集。
围岩宏观变形、压力数据采集装置3包括锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪，用于测量支护体压力、表面收敛变形量、钻孔内部应力和钻孔深部位移。锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪设于围岩宏观变形、压力数据传感器测站内，沿深井掘进工作面巷道布置，自掘进头后20m开始布置，间隔25m～30m布置一个监测断面。监测断面随掘进工作面前进依次前移布置，监测矩形断面顶底板中点AB和两侧中线附近CD点布设表面收敛变形量观测点，见图3所示。锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪布置于掘进工作面顶板中线附近，分别测定围岩内部压力、顶板内部岩层位移量和损伤分布特征。锚杆测力计上设有锚杆托盘，支护体压力盒布置在矩形巷道顶板两侧处锚杆托盘上。围岩压力数据，通过锚杆测力计、锚杆托盘上的压力盒传感器采集；通过表面收敛计、深基点位移计和钻孔成像仪采集；采集到的实时围岩变形、压力信号或数据经光缆传输到地面接入围岩宏观变形、压力数据采集装置3。
本发明系统中，巷道矿压显现综合监测系统单元7分别连接巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元8和工程地质环境分析子模块4、巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块5、巷道围岩变形失稳评价子模块6；巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元8分别连接巷道支护动态设计单元9和卸压解危措施施工模块10；所述工程地质环境分析子模块4连接至深井工程地质条件数据采集器1，巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块5连接至围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置2，巷道围岩变形失稳评价子模块6连接至围岩宏观变形、压力数据采集装置3。
下面给出本发明深井巷道掘进施工动态综合监测预警方法，包括下述步骤：
1)针对深井工程地质环境，对该工程地质赋存条件进行详细的调查，通过现场测定或室内实验室测定，获得包括地应力测量数值、煤岩体冲击倾向性测定参数、钻屑量测定数据和工程地质条件数据，同时将数据结果输入至系统深井工程地质条件数据采集器1；
2)将声发射信号传感器埋设于深井巷道掘进头至工作面运输巷之间巷道两侧煤体内部，自掘进头后50m开始布置，间隔40m-50m布置一个监测断面；在监测断面两侧各打一个钻孔，布置声发射传感器，信号经电缆连接井上采集卡，由声发射数据采集单元对声发射信号进行处理。
3)将微震拾震器监测站布置在井下井底车场、大巷、联络巷位置按照一定的辐射半径每隔500-1000m布设一个分站，井上一个总站；
4)将步骤2)、3)声发射信号传感器和微震拾震器监测站采集到的实时信号或数据经光缆传导到井上一个总站，集合各个分站监测数据并进行分析和图形处理；将数据分析结果输入至围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置2；
5)将围岩宏观变形、压力数据采集装置3沿深井掘进工作面巷道布置，自掘进头后20m开始布置，间隔25m～30m布置一个监测断面，监测矩形断面顶底板中点AB和两侧中线附近CD点布设表面收敛变形量观测点；
6)围岩宏观变形、压力数据采集装置3中锚杆测力计分别布设在矩形断面顶底板中点和中线附近两侧，深基点位移计和钻孔成像仪分别布设在矩形断面顶底板中间锚杆测力计的两侧，分别测定围岩内部压力、顶板内部岩层位移量和损伤分布特征；
7)支护体压力盒分别布置在矩形巷道顶板靠近两侧处锚杆托盘上，通过锚杆测力计、锚杆托盘上的压力盒传感器采集围岩压力数据；通过表面收敛计测得表面收敛变形量、深基点位移计采集支护体压力、钻孔成像仪采集钻孔内部应力和钻孔内部损伤实时围岩变形数据，将采集到的压力信号和实时围岩变形数据经光缆传输到地面接入围岩宏观变形、压力数据采集装置3；
8)巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块5将声发射信号传感器和微震拾震器监测站采集的信号进行分析与图形处理，处理结果传输至巷道矿压显现综合监测系统单元7；
9)工程地质环境分析子模块4将地应力测量数据、煤岩体冲击倾向测定参数、钻屑量测定数据和工程地质条件数据综合分析后传输至巷道矿压显现综合监测系统单元7；
10)巷道围岩变形失稳评价子模块6将锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪采集的支护体压力、表面收敛变形量、钻孔内部应力和钻孔内部损伤的监测信号综合分析后传输至巷道矿压显现综合监测系统单元7；
11)巷道矿压显现综合监测系统单元7将该信号传输至预警单元8进行数据处理后，基于监测结果和规范、规程等监测标准，经与系统设定的标准值进行比较，若超限，则发出报警；
12)巷道支护动态设计单元9和卸压解危措施施工模块10根据巷道矿压显现综合分析与预警信息单元8对于巷道施工过程中是否发生灾害进行预警；通过巷道支护动态参数设计模块9进一步调整和优化巷道围岩应力、支护结构及相关参数，提出合理的巷道围压变形、应力分布综合控制方案和卸压解危施工处治方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统，其特征在于，该系统至少包括：系统平台和系统信号采集单元；
所述系统平台包括：
巷道矿压显现综合监测系统单元，用于汇集与实时显示巷道矿压显现各个子模块分析结果；
巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元，用于对巷道矿压显现综合监测系统单元发出的分析结果进行评价，通过预警模块对综合分析结果超过预警标准值发出预警指令，同时远程控制修正巷道综合监测方案；
工程地质环境分析子模块，用于将深井工程地质条件数据采集装置采集的深井煤巷工程地质条件、钻屑量、地应力和室内冲击向性试验参数工程地质环境数据显示与初步分析，并与标准体系对比，综合判定深井巷道工程地质环境条件；
巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块，用于将围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置采集到的围岩体内部微震信号和声发射信号进行实时监测与分析，同时根据建立的预警标准体系对围岩发生动力灾害的危险程度进行判定；
巷道围岩变形失稳评价子模块，用于将压力数据采集装置采集到的围岩宏观变形和压力数据进行实时显示与评价分析；
巷道支护动态设计单元，根据巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元发出的指令，用于将原支护方案进行动态设计优化；
卸压解危措施施工模块，根据巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元发出的指令，用于确定控制深井巷道围岩动力灾害的卸压解危施工方案；
所述系统信号采集单元包括：
深井工程地质条件数据采集器，用于深井巷道围岩地质构造、地应力赋存条件、顶底板岩层力学性质、煤岩体冲击倾向性参数和煤体钻屑量测定数值基础数据的采集与显示；
围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置，用于围岩内部微破裂发生的微震信号强度与频度参数和声发射信号波形、事件数和频率参数的采集；
围岩宏观变形、压力数据采集装置，用于深井巷道围岩表面收敛量、支护体压力和煤岩体深部位移量宏观变形压力参数的采集；
所述巷道矿压显现综合监测系统单元分别连接巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元和工程地质环境分析子模块、巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块、巷道围岩变形失稳评价子模块；巷道围岩矿压显现综合分析与预警单元分别连接巷道支护动态设计单元和卸压解危措施施工模块；所述工程地质环境分析子模块连接至深井工程地质条件数据采集器，巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块连接至围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置，巷道围岩变形失稳评价子模块连接至围岩宏观变形、压力数据采集装置。
2.根据权利要求1所述的深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统，其特征在于，所述深井工程地质条件数据采集器由室内实验室测定或现场测定获得包括地应力测量数据、冲击倾向性测定参数、钻屑量测定数据和工程地质条件数据。
3.根据权利要求1所述的深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统，其特征在于，所述围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置包括微震拾震器监测站和声发射信号传感器；
所述声发射信号传感器埋设于深井巷道掘进头至工作面运输巷之间巷道两侧煤体内部，自掘进头后50m开始布置，间隔40m-50m布置一个监测断面，并随掘进工作面前进依次前移布置；
所述微震拾震器监测站根据矿井总体布局考虑布置，依次在井底车场、大巷、联络巷位置按照一定的辐射半径每隔500-1000m布设一个分站，井上一个总站。
4.根据权利要求1所述的深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统，其特征在于，所述围岩宏观变形、压力数据采集装置包括锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪，用于测量支护体压力、表面收敛变形量、钻孔内部应力和钻孔深部位移；
所述锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪设于围岩宏观变形、压力数据传感器测站内，沿深井掘进工作面巷道布置，自掘进头后20m开始布置，间隔25m～30m布置一个监测断面。
5.根据权利要求4所述的深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统，其特征在于，所述监测断面随掘进工作面前进依次前移布置，监测矩形断面顶底板中点AB和两侧中线附近CD点布设表面收敛变形量观测点；
所述锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪布置于掘进工作面顶板中线附近，分别测定围岩内部压力、顶板内部岩层位移量和损伤分布特征。
6.根据权利要求5所述的深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统，其特征在于，所述锚杆测力计上设有锚杆托盘，支护体压力盒布置在矩形巷道顶板两侧处锚杆托盘上。
7.一种如权利要求1所述的深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统的预警方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)通过现场测定或室内实验室测定，获得包括地应力测量数值、煤岩体冲击倾向性测定参数、钻屑量测定数据和工程地质条件数据，同时将数据结果输入至系统深井工程地质条件数据采集器；
2)将声发射信号传感器埋设于深井巷道掘进头至工作面运输巷之间巷道两侧煤体内部，自掘进头后50m开始布置，间隔40m-50m布置一个监测断面；
3)将微震拾震器监测站布置在井下井底车场、大巷、联络巷位置按照一定的辐射半径每隔500-1000m布设一个分站，井上一个总站；
4)将步骤2)、3)声发射信号传感器和微震拾震器监测站采集到的实时信号或数据经光缆传导到井上一个总站，集合各个分站监测数据并进行分析和图形处理；将数据分析结果输入至围岩内部破裂失稳先兆信号采集装置；
5)将围岩宏观变形、压力数据采集装置沿深井掘进工作面巷道布置，自掘进头后20m开始布置，间隔25m～30m布置一个监测断面，监测矩形断面顶底板中点和两侧中线附近点布设表面收敛变形量观测点；
6)将围岩宏观变形、压力数据采集装置中的锚杆测力计分别布设在矩形断面顶底板中点和中线附近两侧，深基点位移计和钻孔成像仪分别布设在矩形断面顶底板中间锚杆测力计的两侧，分别测定围岩内部压力、顶板内部岩层位移量和损伤分布特征；
7)支护体压力盒分别布置在矩形巷道顶板靠近两侧处锚杆托盘上，通过锚杆测力计、锚杆托盘上的压力盒传感器采集围岩压力数据；通过表面收敛计测得表面收敛变形量、深基点位移计采集支护体压力、钻孔成像仪采集钻孔内部应力和钻孔内部损伤实时围岩变形数据，将采集到的压力信号和实时围岩变形数据经光缆传输到地面接入围岩宏观变形、压力数据采集装置；
8)巷道围岩强冲击矿压实时预警子模块将声发射信号传感器和微震拾震器监测站采集的信号进行分析与图形处理，处理结果传输至巷道矿压显现综合监测系统单元；
9)工程地质环境分析子模块将地应力测量数据、煤岩体冲击倾向测定参数、钻屑量测定数据和工程地质条件数据综合分析后传输至巷道矿压显现综合监测系统单元；
10)巷道围岩变形失稳评价子模块将锚杆测力计、深基点位移计和钻孔成像仪采集的支护体压力、表面收敛变形量、钻孔内部应力和钻孔内部损伤的监测信号综合分析后传输至巷道矿压显现综合监测系统单元；
11)巷道矿压显现综合监测系统单元将该信号传输至预警单元进行数据处理后，基于监测结果和规范、规程监测标准，经与系统设定的标准值进行比较，若超限，则发出报警；
12)巷道支护动态设计单元和卸压解危措施施工模块根据巷道矿压显现综合分析与预警信息单元对于巷道施工过程中是否发生灾害进行预警；通过巷道支护动态参数设计模块进一步调整和优化巷道围岩应力、支护结构及相关参数，提出合理的巷道围压变形、应力分布综合控制方案和卸压解危施工处治方法。
8.根据权利要求7所述的预警方法，其特征在于，所述步骤2)中，在监测断面两侧各打一个钻孔，布置声发射传感器，信号经电缆连接井上采集卡，由声发射数据采集单元对声发射信号进行处理。
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Families Citing this family (42)
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|---|---|---|---|---|
| CN104914484B (zh) * | 2015-05-31 | 2018-03-09 | 西安科技大学 | 巷道围岩稳定性联合测试装置及测试方法 |
| CN104913818B (zh) * | 2015-06-09 | 2018-05-01 | 北京恒锚力科技有限公司 | 一种变形锚杆锚索监测仪、监测系统及其监测方法 |
| CN105004372B (zh) * | 2015-07-09 | 2017-02-22 | 北京市地质工程设计研究院 | 一种地质环境监测方法 |
| CN106092198A (zh) * | 2016-06-23 | 2016-11-09 | 华东交通大学 | 基于wsn的深部花岗岩岩爆定位测量系统及方法 |
| CN106089279B (zh) * | 2016-07-12 | 2018-03-06 | 天地科技股份有限公司 | 超大采高工作面多应力场耦合围岩稳定性智能控制方法 |
| CN106680867B (zh) * | 2016-11-17 | 2018-07-24 | 大连理工大学 | 一种微震事件精确定位的动态参数方法 |
| CN106523033B (zh) * | 2016-12-29 | 2019-01-04 | 新疆铭鼎高科投资发展有限公司 | 一种高效的煤矿安全监测系统 |
| CN106934178B (zh) * | 2017-04-07 | 2020-03-24 | 中国矿业大学 | 一种孤岛工作面采前冲击危险预评估方法 |
| CN107608005B (zh) * | 2017-06-07 | 2019-04-30 | 同济大学 | 一种异常地质探测解析方法及系统 |
| CN107559045B (zh) * | 2017-08-24 | 2019-08-13 | 中国矿业大学 | 煤矿井下工作面矿压预测预警系统及方法 |
| CN107764323B (zh) * | 2017-10-09 | 2019-10-22 | 北京科技大学 | 一种多参数封闭区危险性实时监测预警方法 |
| CN108798786A (zh) * | 2018-07-17 | 2018-11-13 | 中国矿业大学(北京) | 一种井下煤岩体失稳动力灾害的中子辐射监测预警方法 |
| CN109146142B (zh) * | 2018-07-25 | 2020-08-11 | 中国矿业大学 | 一种回采巷道矿压显现数据的预测方法 |
| CN109580916B (zh) * | 2019-01-25 | 2023-12-26 | 黄河勘测规划设计研究院有限公司 | 用于tbm隧洞岩体分级所需参数的快速综合采集系统 |
| CN109813465B (zh) * | 2019-03-18 | 2024-06-14 | 河南理工大学 | 一种巷道围岩应力原位动态监测装置及工作方法 |
| CN110704927B (zh) * | 2019-09-29 | 2022-09-30 | 安徽理工大学 | 一种深井巷道围岩动态控制方法 |
| CN110985125A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-04-10 | 中原工学院 | 一种深井软煤冲击地压灾害监测预警系统及其预警方法 |
| CN111350545A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-06-30 | 贵州大学 | 一种基于多维监测的矿山动力灾害系统及方法 |
| CN111396128B (zh) * | 2020-02-28 | 2021-06-15 | 北京科技大学 | 采动围岩断裂滑动启动条件及失稳过程分析方法及系统 |
| CN111365077B (zh) * | 2020-03-19 | 2021-02-12 | 中国矿业大学(北京) | 一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法 |
| CN113530519B (zh) * | 2020-04-15 | 2024-05-03 | 中国石油化工股份有限公司 | 分布式钻井动态参数监测装置及方法 |
| CN111999781A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-11-27 | 山东科技大学 | 一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法 |
| CN112378769A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-02-19 | 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司 | 水压预裂参数确定方法 |
| CN112302722B (zh) * | 2020-11-17 | 2024-05-28 | 山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿 | 一种煤矿巷道多方位应力与形变无线监测预警方法及系统 |
| CN112360548B (zh) * | 2020-11-24 | 2022-08-26 | 西安科技大学 | 巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警系统及方法 |
| CN112483182A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-03-12 | 山东科技大学 | 一种窗口介入法判断高均质度煤层冲击危险性的方法 |
| CN113153430B (zh) * | 2021-03-23 | 2022-02-08 | 中国矿业大学 | 巷道围岩破坏声发射定位与波速成像监测及灾变预警方法 |
| CN113187559B (zh) * | 2021-05-31 | 2024-06-18 | 煤炭科学研究总院有限公司 | 矿井安全预警方法及装置 |
| CN113404523B (zh) * | 2021-07-05 | 2023-11-10 | 淮北市平远软岩支护工程技术有限公司 | 一种基于卸压爆破的冲击地压监测系统 |
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| CN113404542B (zh) * | 2021-08-02 | 2022-06-28 | 安徽理工大学 | 一种基于应力-钻屑量梯度的深部开采危险区域的预警方法 |
| CN113803067B (zh) * | 2021-08-13 | 2024-01-23 | 山东省煤田地质规划勘察研究院 | 一种煤矿局部冲击地压防治装置 |
| CN113671548A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-11-19 | 中交第四公路工程局有限公司 | 一种集成式大尺度空间结构施工指导系统及方法 |
| CN113958367A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-21 | 河北钢铁集团沙河中关铁矿有限公司 | 一种地下矿山软岩巷道地压安全预警监测方法 |
| CN113936442B (zh) * | 2021-11-18 | 2023-05-16 | 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 | 边坡工程的进度监控预警系统 |
| CN114383717B (zh) * | 2021-12-10 | 2023-11-17 | 中煤科工开采研究院有限公司 | 冲击地压巷道安全监测方法及装置 |
| CN114324610A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-12 | 广西大学 | 硬岩多尺度破裂的多频段声信号监测方法、装置、设备以及存储介质 |
| CN114485570B (zh) * | 2022-02-07 | 2024-04-12 | 中交路桥科技有限公司 | 一种用于在建隧道施工安全智慧监控量测预警系统及方法 |
| CN114495433B (zh) * | 2022-02-07 | 2023-07-21 | 盾构及掘进技术国家重点实验室 | 一种隧道掘进机围岩坍塌预警方法、装置及终端设备 |
| CN114542186B (zh) * | 2022-03-31 | 2022-12-02 | 中国矿业大学 | 一种基于主被动震电磁三场的深部巷道支护健康监测方法 |
| CN115452216B (zh) * | 2022-09-23 | 2023-04-07 | 安徽理工大学 | 一种基于互联网的煤矿巷道光纤智能在线监测系统 |
| CN116591777B (zh) * | 2023-05-16 | 2023-10-24 | 中国矿业大学 | 多场多源信息融合的冲击地压智能化监测预警装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101021570A (zh) * | 2007-03-12 | 2007-08-22 | 中国矿业大学 | 一种非接触式矿山压力观测及评价方法 |
| CN101975571A (zh) * | 2010-09-14 | 2011-02-16 | 中国矿业大学 | 一种巷道变形的自动实时监测方法 |
| CN102928144A (zh) * | 2012-10-14 | 2013-02-13 | 中国矿业大学 | 一种采空区应力实时监测系统及覆岩破断判断方法 |
| CN103233777A (zh) * | 2013-05-17 | 2013-08-07 | 上海大屯能源股份有限公司 | 一种顶板安全矿压监测方法及装置 |
-
2014
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101021570A (zh) * | 2007-03-12 | 2007-08-22 | 中国矿业大学 | 一种非接触式矿山压力观测及评价方法 |
| CN101975571A (zh) * | 2010-09-14 | 2011-02-16 | 中国矿业大学 | 一种巷道变形的自动实时监测方法 |
| CN102928144A (zh) * | 2012-10-14 | 2013-02-13 | 中国矿业大学 | 一种采空区应力实时监测系统及覆岩破断判断方法 |
| CN103233777A (zh) * | 2013-05-17 | 2013-08-07 | 上海大屯能源股份有限公司 | 一种顶板安全矿压监测方法及装置 |
Also Published As
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