CN105783854A - 一种煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统，包括数据采集部、比对部和反馈部；其中：所述数据采集部将采集的结合环面、结合面以及覆岩厚度方向的数据回传至比对部；所述比对部绘制出结合环面的移动变形随时间变化的曲线以及得出充填物的平均沉降率；并根据预先存储的参考数据，得出各个参数随时间变化的一组差值曲线，对每个参数的差值曲线定期进行分析，对结合环面以及填充物的变化对覆岩的移动变形进行贡献率分配；所述反馈部采用倒推的形式，得出目标时间节点处如何采用参数补偿的形式来阻止覆岩的移动变形。本发明的覆岩移动变形监测系统通过对差值和贡献率分配进行对应，准确地分析出覆岩的移动变形。

Description

一种煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统

技术领域

本发明涉及服装结构设计领域，具体涉及一种煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统。

背景技术

煤矿采空区是指在煤矿作业过程中，将地下煤炭或煤研石等开采完成后留下的空洞或空腔。对于采空区如不进行及时处理，一定时间之后会造成地面沉降，在地表形成塌陷坑，或者由于采空区内的封闭环境的气体之间繁盛反应造成爆炸等灾害。

目前对于采空区的处理主要有两个阶段，采空区形成较前期主要是对采空区进行如木桩支撑或者锚杆固定等形式的加固处理，其主要作用是为了继续向纵深开采，但是一旦开采的成本超出了开采者所能负担的上限，采空区的规模就基本定型。为了防止前述煤矿采空区存在的安全隐患，目前普遍采用充填料对其进行回填之后进行封闭的方式来在一定程度上减少采空区导致的地表现象以及灾害。

目前对于覆岩移动变形的监测普遍集中于开采过程中，如发明专利(103267601A)公开了一种采空区覆岩运动稳定性监测系统及稳定性监测判别方法，主要是根据工作面的推进实时监测采空区覆岩的压力和沉降值，进而利用监测数据得到采场覆岩运动稳定的状态及时间。且目前对于覆岩的监测普遍采用多点埋设观测以及对单点的移动变形进行多参数监测，通过分析具有一定规模的数据群来评价覆岩的性能的方法，布置施工难度大，且不能对填充后的覆岩的整体性能进行全面的分析，监测方案亟待进一步优化。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统，旨在准确评价充填后的覆岩变形状况。

本发明采用的技术方案具体为：

一种煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统，包括数据采集部、比对部和反馈部；其中：

所述数据采集部主要包括：

第一数据采集单元，用于采集覆岩的外缘与围岩的结合环面处的移动变形数据，并将移动数据回传至比对部；

第二数据采集单元，用于实时采集覆岩的下表面与填充层的结合面的移动变形数据，并将移动数据回传至比对部；

第三数据采集单元，用于采集覆岩厚度方向的移动变形数据，并将移动数据回传至比对部；

一方面，所述比对部实时记录第一数据采集单元的数据，绘制出结合环面的移动变形随时间变化的曲线，以及周期性接收第二数据采集单元的数据，根据总沉降高度与记录周期的比值得出充填物的平均沉降率；

另一方面，所述比对部预先对静态的覆岩沿厚度方向进行分析后将相关参数进行存储作为参考数据，通过与第三数据采集单元的对应参数的数据进行比对，得出各个参数随时间变化的一组差值曲线，对每个参数的差值曲线定期进行分析，参考第一数据采集单元以及第二数据采集单元的回传数据，对结合环面以及填充物的变化对覆岩的移动变形进行贡献率分配；

所述反馈部采用倒推的形式，得出目标时间节点处如何采用参数补偿的形式来阻止覆岩的移动变形。

在上述煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统中，所述结合环面处的移动变形数据反映了在填充状态下，围岩环境对覆岩的挤压或者流动挤压，第一数据采集单元通过红外探测的方式采集参数。

在上述煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统中，所述结合面处的数据反映了填充物本身物料间隙导致的物理沉降，以及由于环境参数的改变导致物料之间发生化学质变而导致的沉降；所述第二数据采集单元采用深入填充物的轴体以及分布于轴体上的参数传感器组的形式采集参数。

在上述煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统中，所述覆岩厚度方向的数据反映了覆岩随时间的变化表现出的实际物理沉降、剪切移动以及覆岩内层结构的弯曲；所述第三数据采集单元采用螺旋式渐进轴体以及分布于螺旋式渐进轴体上的参数传感器组的形式采集参数。

在上述煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统中，所述螺旋式渐进轴体配备有钻入驱动部。

本发明产生的有益效果是：

本发明的监测系统对影响覆岩变形的参数进行分类采集、参考和分，得出参数与覆岩移动变形之间的关系。通过对时间以及参数进行细化设定，即可在关于移动变形的研究中得出任意可能性的参数与任意形式的覆岩移动变形分量之间的关系。对于覆岩的动变形研究具有重要的意义。

附图说明

当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一种煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

在采煤过程中，即工作面推进的过程中，采空区的覆岩因自重作用而向空区方向弯曲，是岩层移动的主要形式。当弯曲变形超过一定程度，岩层中就会出现裂缝，随着裂缝进一步发展，岩体在自重作用下将断裂成块而产生冒落；而且由于岩体的弯曲，岩体内层面之间和节理、裂隙之间还会产生剪切移动；此外，岩体的移动变形还包括岩体的塑性流动和粘性流动，表现为岩体受高应力作用连续向采空区挤出。与工作面推进过程类似，在对采空区进行充填后，覆岩的上述移动变形依然存在，只是由于充填物料的支撑，其变形趋于细微化，如何对细微化的移动变形进行准确、全面的分析，是对采空区的填充工艺进行改进的重要依据。

如图1所示的一种煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统，主要包括数据采集部、比对部和反馈部；其中：

所述数据采集部主要包括：

第一数据采集单元，用于采集覆岩的外缘与围岩的结合环面处的移动变形数据，并将移动数据回传至比对部；这部分数据反映了在填充状态下，围岩环境对覆岩可能产生的挤压或者流动挤压等形式的破坏；由于在结合环面布置施工时很可能会破坏其结构组织，因此相应的参数主要通过红外探测的方式来实现。

第二数据采集单元，用于实时采集覆岩的下表面与填充层的结合面的移动变形数据，并将移动数据回传至比对部；这部分数据主要是反映了填充物本身物料间隙导致的物理沉降，以及由于温度、湿度等环境性能的改变导致物料之间发生化学质变而导致的沉降；第二数据采集单元主要采用深入填充物的轴体以及分布于轴体上的参数传感器组的形式来实现。

第三数据采集单元，用于采集覆岩厚度方向的移动变形数据，并将移动数据回传至比对部，覆岩厚度方向的数据反映了覆岩随时间的变化表现出的实际物理沉降、剪切移动以及覆岩内层结构的弯曲等变化。如果沿着单一的厚度方向进行样点采集，往往会仅体现出局部特征的缺陷，因此螺旋式渐进的轴体以及分布于轴体上的参数传感器组的形式来实现。为了便于螺旋式渐进的轴体的伸入，对轴体配备专用钻入驱动部。

一方面，比对部实时记录第一数据采集单元的数据，绘制出结合环面的移动变形随时间变化的曲线；以及周期性接收第二数据采集单元的数据，根据总沉降高度与记录周期的比值得出充填物的平均沉降率；

另一方面，比对部预先对静态的覆岩沿厚度方向进行分析后将相关参数(如内层的分层布置以及每个分层的厚度、密度等)进行存储作为参考数据，通过与实时记录的第三数据采集单元的对应参数的数据进行比对，得出各个参数随时间变化的一组差值曲线，对每个参数的差值曲线定期进行分析，参考(第一、第二)数据采集单元的回传数据，对环面以及填充物的变化对覆岩的移动变形进行贡献率分配；如：

假设第一数据采集单元的数据表明在某个周期内结合环面处的移动变形趋于线性变化，而第二数据采集单元的数据表明在该周期内填充物的物理沉降趋于线性变化，而温度参数导致物料之间发生化学质变而导致的沉降有波动，那么就说明，在本周期内，对覆岩的移动变形的贡献主要来源于采空区的填充物的温度参数的改变。基于这个结论，比对部进一步得出填充物的温度与覆岩移动变形之间的关系(各种变形形式均给出对应的关系曲线图)。

以此类推，针对于“对每个参数的差值曲线定期进行分析”的方案，通过对参数进行细化，以及根据运算能力对分析周期进行逐步缩小，且对通过对覆岩的移动变形形式根据实际情况进行多样化分类，即可以得出以覆岩移动变形的每一种分量为因变量、以(第一、第二)数据采集单元中的任意参数为自变量的对应数据。

反馈部采用倒推的形式，即可以得出任意时间节点处，如何采用参数补偿的形式来阻止覆岩的移动变形。通过差值以及贡献率的结合，对不同时间段的覆岩移动变形进行分析，对于如何进一步防止覆岩移动变形的研究，具有重要的意义。

以上结合附图对本发明的实施例进行了详细地说明，此处的附图是用来提供对本发明的进一步理解。显然，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，任何对本领域的技术人员来说是可轻易想到的、实质上没有脱离本发明的变化或替换，也均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统，其特征在于，包括数据采集部、比对部和反馈部；其中：

所述数据采集部主要包括：

第一数据采集单元，用于采集覆岩的外缘与围岩的结合环面处的移动变形数据，并将移动数据回传至比对部；

第二数据采集单元，用于实时采集覆岩的下表面与填充层的结合面的移动变形数据，并将移动数据回传至比对部；

第三数据采集单元，用于采集覆岩厚度方向的移动变形数据，并将移动数据回传至比对部；

一方面，所述比对部实时记录第一数据采集单元的数据，绘制出结合环面的移动变形随时间变化的曲线，以及周期性接收第二数据采集单元的数据，根据总沉降高度与记录周期的比值得出充填物的平均沉降率；

另一方面，所述比对部预先对静态的覆岩沿厚度方向进行分析后将相关参数进行存储作为参考数据，通过与第三数据采集单元的对应参数的数据进行比对，得出各个参数随时间变化的一组差值曲线，对每个参数的差值曲线定期进行分析，参考第一数据采集单元以及第二数据采集单元的回传数据，对结合环面以及填充物的变化对覆岩的移动变形进行贡献率分配；

所述反馈部采用倒推的形式，得出目标时间节点处如何采用参数补偿的形式来阻止覆岩的移动变形。

2.根据权利要求1所述的煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统，其特征在于，所述结合环面处的移动变形数据反映了在填充状态下，围岩环境对覆岩的挤压或者流动挤压，第一数据采集单元通过红外探测的方式采集参数。

3.根据权利要求1所述的煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统，其特征在于，所述结合面处的数据反映了填充物本身物料间隙导致的物理沉降，以及由于环境参数的改变导致物料之间发生化学质变而导致的沉降；所述第二数据采集单元采用深入填充物的轴体以及分布于轴体上的参数传感器组的形式采集参数。

4.根据权利要求1所述的煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统，其特征在于，所述覆岩厚度方向的数据反映了覆岩随时间的变化表现出的实际物理沉降、剪切移动以及覆岩内层结构的弯曲；所述第三数据采集单元采用螺旋式渐进轴体以及分布于螺旋式渐进轴体上的参数传感器组的形式采集参数。

5.根据权利要求4所述的煤矿采空区充填后的覆岩移动变形监测系统，其特征在于，所述螺旋式渐进轴体配备有钻入驱动部。