CN107764215A - 一种煤层应变监测装置和监测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种煤层应变监测装置和监测方法，监测装置包括可以插入到煤层钻孔的形变感应胶囊；形变感应胶囊包括胶囊壳体和胶囊内腔；胶囊内腔内充满液态介质时，胶囊壳体四周贴合钻孔孔壁；导流管一端与胶囊内腔连通，另一端位于钻孔孔口外，且其出口高于形变感应胶囊的最高点；储液装置设置在导流管出口端下侧，承接从导流管出口流出液体介质并计量流出液体体积。采用本实施例提供的煤层应变监测装置，通过在钻孔中设置刚度远小于煤层刚度的填充液体介质的形变感应胶囊，实现了钻孔微小径向变形的监测。

Description

一种煤层应变监测装置和监测方法

技术领域

本申请涉及采矿技术领域，尤其涉及一种煤层应变监测装置和使用前述监测装置的监测方法。

背景技术

应变型/蠕变型冲击是一种典型的冲击地压类型，煤矿曾发生多次此类型的冲击地压事故。监测煤层应变是开展应变型/蠕变型冲击预警的有效手段。而煤层内部应变监测相对比较困难，现有的煤层应变监测方法都是基于煤层表面位移监测，不能用于监测煤层内部的应变。

发明内容

本申请提供了一种煤层应变监测装置和监测方法，以解决采用常规方法不能监测应变型/蠕变型冲击地压的问题。

本发明实施例提供一种煤层应变监测方法，包括：

可以插入到煤层钻孔的形变感应胶囊；所述形变感应胶囊包括柔性的胶囊壳体，由所述柔性胶囊壳体围成并可以容纳液态介质的胶囊内腔；所述胶囊内腔内充满液态介质时，所述胶囊壳体的顶部贴合钻孔侧壁；

与所述导流管与所述胶囊内腔连通的导流管，所述导流管的出口高度高于所述形变感应胶囊的最高点高度；

设置在所述导流管出口端下侧，承接从导流管出口流出液体介质并计量流出液体体积的储液装置。

可选的，所述储液装置内设置检测液体容量的传感器；

还包括与所述传感器连接，根据所述传感器检测信号求算钻孔径向形变量的形变采集器。

可选的，所述储液装置的承接腔竖直设置并且为柱状；

所述传感器为设置在所述储液装置底部的压力传感器。

还包括，所述监测装置还包括设置在形变感应胶囊底部，用于将所述形变感应胶囊推送至钻孔内部的胶囊底托。

可选的，所述监测装置还包括用于推送所述胶囊底托的推送杆。

可选的，所述监测装置还包括：设置在远程控制端的监测服务器，和连接所述监测服务器和所述形变采集器的通信线缆。

本发明实施例提供一种煤层应变监测方法，采用如前所述的监测装置；所述方法包括以下步骤：

在待监测的煤层中钻孔；

将所述形变感应胶囊塞入到所述钻孔中，并通过所述导流管向所述形变感应胶囊充入液体介质，直至所述胶囊壳体完全胀开并贴合钻孔侧壁；

将所述储液装置设置在所述导流管的出口端后，根据所述储液装置中的液态介质获取钻孔的径向形变量。

可选的，填充所述形变感应胶囊中胶囊容腔中的液体介质为液压油。

实际应用采用本实施提供的监测方法，通过读取储液装置流出的液体量，结合形变感应胶囊的长度、横截面面积就可以求算形变感应胶囊的径向形变量。采用本实施例提供的煤层应变监测方法，通过在钻孔中设置刚度远小于煤层刚度的填充液体介质的形变感应胶囊，实现了钻孔微小径向变化的监测，也就可以通过监测数据和预先设计的模型判断煤层发生应变型/蠕变型冲击地压的可能性。

附图说明

为更清楚地说明背景技术或本发明的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式中结合使用的附图作简单地介绍；显而易见地，以下结合具体实施方式的附图仅是用于方便理解本发明实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本发明实施例提供的煤层应变监测装置示意图；

图2是一煤层生产中使用前述监测装置的示意图；

其中：11-形变感应胶囊，12-液体介质，13-导流管，14-储液装置，15-压力传感器，16-形变采集器，17-通信线缆，18-监测服务器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的煤层应变监测方法示意图。为便于本实施例技术方案的理解，图1还示出了本实施例监测装置的使用场景。如图1所示，本实施例提供的监测装置包括形变感应胶囊11、导流管13和储液装置14。

其中，形变感应胶囊11包括胶囊壳体和由胶囊壳体围成的胶囊内腔。胶囊壳体采用柔性材料制成，在胶囊内腔内注入填充物的情况下，胶囊壳体被撑起而呈现特定的形态；

应当注意，本实施例中，胶囊壳体材料的柔性是指的当胶囊内腔注入填充物并使胶囊壳体达到预定的体积后，胶囊壳体的体积不再增大。当然，在实际应用条件下，具有前述特性的材料很少且价格昂贵；为提高应用的经济型，本实施例采用橡胶材料制成的胶囊壳体，橡胶材料具有近似前述柔性材料的特性。

如图1所示，在实际应用中，胶囊壳体塞入到煤层钻孔中；在胶囊壳体内完全填充液体介质12的前提下，胶囊壳体的上部贴合钻孔的侧壁。

导流管13部分伸入到煤层钻孔中；导流管13的一端与胶囊壳体密封连接并连同胶囊内腔，另一端伸出煤层钻孔并且高度高于形变感应胶囊11的最高点高度。如果在煤层变形而使钻孔发生形变时，钻孔侧壁挤压胶囊壳体、使胶囊内腔中的液体介质12从导流管13流出。应当注意，为保证导流管13流出的液体介质12量即为形变感应胶囊11的体积形变量，导流管13内也应当填充液体介质12。

储液装置14设置在导流管13的出口端下侧，用于承接从导流管13出口流出的液体介质12并计量流出液体介质12的体积。实际应用中，通过读取储液装置14流出的液体量，结合形变感应胶囊11的长度、横截面面积就可以求算形变感应胶囊11的径向形变量。采用本实施例提供的煤层应变监测方法，通过在钻孔中设置刚度远小于煤层刚度的填充液体介质12的形变感应胶囊11，实现了钻孔微小径向变化的监测，也就可以通过监测数据和预先设计的模型判断煤层发生应变型/蠕变型冲击地压的可能性。

较为优选的，本实施例中的监测装置还包括传感器和形变采集器16。传感器设置在的储液装置14内，可以监测流入到储液装置14内液体的体积；形变采集器16和传感器电连接。形变采集器16内预设储液装置14中液位高度和液体体积的对应关系、形变感应胶囊11的长度、横截面积等数据，可根据传感器检测的信号计算流入到储液装置14中的液体介质12体积，并根据前述液体介质12的体积和形变感应胶囊11的尺寸数据计算钻孔的径向形变量。

具体应用中，本实施例中的传感器为压力传感器15。压力传感器15设置在储液装置14的底部，可以监测储液装置14底部的压强大小，并根据压强大小储液装置14内的液体介质12体积。应当注意，为实现前述测量功能，储液装置14中的承接腔应当竖直设置，并且承接腔的横截面为柱状；相应的，形变采集器16内预设有储液装置14承接腔的横截面积、压强大小和液体介质12高度的对应关系。

本实施例中的监测装置可应用在煤层采掘中的应变型/蠕变型冲击地压监测，特别适用在深井厚煤层应变监测。图2是一煤层生产中使用前述监测装置的示意图。如图2所示，为实现监测的远程控制，监测装置还包括设置在远程控制端的监测服务器18和连接监测服务器18和形变采集器16的通信线缆17。实际应用中，通信线缆17优选采用光纤通信线缆17。

为便于将形变感应胶囊11推送到煤层钻孔中，本实施例中的监测装置还可以包括设置在形变胶囊底部的胶囊托板；通过推动胶囊托板就可以将形变感应胶囊11推送至钻孔中。更为优选的，本实施例中还可以包括推送胶囊底托的推送杆。

除了提供前述的煤层应变监测方法外，本发明实施例还提供一种采用前述监测装置进行煤层变形量监测的方法。具体的方法包括以下步骤。

S101：在待监测的煤层中钻孔；

S102：将所述形变感应胶囊11塞入到所述钻孔中，并通过所述导流管13向所述形变感应胶囊11充入液体介质12，直至所述胶囊壳体完全胀开并贴合钻孔侧壁。

S103：将所述储液装置14设置在所述导流管13的出口端后，根据所述储液装置14中的液态介质获取钻孔的径向形变量。

在一具体实施中，煤层的钻孔直径为125.0mm，深度达到10.0m；在具有胶囊托板的前提下，形变感应胶囊11的直径为110.0mm。在具体实施中，为提高液体介质12长期使用时的结构稳定性以及减小液体介质12的挥发，填充形变感应胶囊11的液体为液压油；当然，在其他实施例中，液体介质12也可以是本领域已知的其他介质。

如图2所示，在具体应用中，工作面的前方设置多个垂直于巷道的钻孔，每个钻孔内均设置前述形变感应胶囊11、钻孔外侧设置承接装置和形变采集器16，各个形变采集器16均通过通信线缆17连接到地面的监测服务器18。地面监测服务器18通过多组数据综合判断应变型/蠕变型冲击地压发生的可能性。

以上对本发明实施例中的煤层应变监测方法和使用前述监测装置的监测方法进行了详细介绍。本部分采用具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种煤层应变监测装置，其特征在于，包括：

可以插入到煤层钻孔的形变感应胶囊(11)；所述形变感应胶囊(11)包括柔性的胶囊壳体，由所述柔性胶囊壳体围成并可以容纳液态介质的胶囊内腔；所述胶囊内腔内充满液态介质时，所述胶囊壳体的顶部贴合钻孔侧壁；

与所述导流管(13)与所述胶囊内腔连通的导流管(13)，所述导流管(13)的出口高度高于所述形变感应胶囊(11)的最高点高度；

设置在所述导流管(13)出口端下侧，承接从导流管(13)出口流出液体介质(12)并计量流出液体体积的储液装置(14)。

2.根据权利要求1所述的煤层应变监测装置，其特征在于：

所述储液装置(14)内设置检测液体容量的传感器；

还包括与所述传感器连接，根据所述传感器检测信号求算钻孔径向形变量的形变采集器(16)。

3.根据权利要求2所述的煤层应变监测装置，其特征在于：

所述储液装置(14)的承接腔竖直设置并且为柱状；

所述传感器为设置在所述储液装置(14)底部的压力传感器(15)。

4.根据权利要求3所述的煤层应变监测装置，其特征在于，还包括：

设置在形变感应胶囊(11)底部，用于将所述形变感应胶囊(11)推送至钻孔内部的胶囊底托。

5.根据权利要求4所述的煤层应变监测装置，其特征在于：

还包括用于推送所述胶囊底托的推送杆。

6.根据权利要求2-4任一项所述的煤层应变监测装置法，其特征在于，还包括：

设置在远程控制端的监测服务器(18)，和连接所述监测服务器(18)和所述形变采集器(16)的通信线缆(17)。

7.一种煤层应变监测方法，其特征在于：采用如权利要求1-6任一项所述的监测装置；所述方法包括以下步骤：

在待监测的煤层中钻孔；

将所述形变感应胶囊(11)塞入到所述钻孔中，并通过所述导流管(13)向所述形变感应胶囊(11)充入液体介质(12)，直至所述胶囊壳体完全胀开并贴合钻孔侧壁；

将所述储液装置(14)设置在所述导流管(13)的出口端后，根据所述储液装置(14)中的液态介质获取钻孔的径向形变量。

8.根据权利要求7所述的煤层应变监测方法，其特征在于：

填充所述形变感应胶囊(11)中胶囊容腔中的液体介质(12)为液压油。