CN109059847A - 采空区覆岩破坏监测方法 - Google Patents

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张俊英
陶志勇
林惠立
王世栋
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Abstract

本发明实施例公开了一种采空区覆岩破坏监测方法，其包括：在最关键煤柱的正上方打设钻孔；在所述钻孔内布设多个观测点，多个所述观测点沿孔深方向排布，相邻观测点间隔预定距离；实时监测所述观测点的覆岩位移量；当在第一预定时间间隔内，所述覆岩位移量超过预定位移量时，输出所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报。利用本发明实施例能够提前获取采空区顶板上方覆岩的破坏情况，提前对地面塌陷进行预测，避免地面突然塌陷造成的人员伤亡等安全事故。

Description

采空区覆岩破坏监测方法
技术领域
本发明涉及煤矿技术领域，具体涉及一种采空区覆岩破坏监测方法。
背景技术
房式采煤法，是指每隔一定距离开采煤房，在煤房之间保留煤柱以支撑顶板的采煤方法。房采采空区的残留煤柱，在地表荷载或附近开采动压的影响下，随时可能造成顶板突然垮落，引起地表大面积突然沉陷，造成地表建筑物破坏，或造成附近开采工作面的冲击地压、顶板事故等，容易发生重大安全事故。
目前，对房采采空区的监测方法主要是每间隔一段时间，人为观测地表是否发生下沉。由于房采采空区残留煤柱较多，能够比较好地支撑采空区顶板，一般很难观测到地表下沉，而一旦观测到地表下沉，说明房采采空区已经垮落，已经对地表建筑物造成影响。发明人在实现本发明的过程中发现，现有的监测方法具有滞后性，无法对采空区地表沉陷进行提前预测。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提出一种采空区覆岩破坏监测方法，以解决上述技术问题。
本发明实施例提出一种采空区覆岩破坏监测方法，其包括：在最关键煤柱的正上方打设钻孔；在所述钻孔内布设多个观测点，多个所述观测点沿孔深方向排布，相邻观测点间隔预定距离；实时监测所述观测点的覆岩位移量；当在第一预定时间间隔内，所述覆岩位移量超过预定位移量时，输出所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报。
可选地，在最关键煤柱的正上方打设钻孔包括：获取所述最关键煤柱的坐标信息；根据所述最关键煤柱的坐标信息确定所述最关键煤柱的中心位置坐标；根据所述中心位置坐标确定所述钻孔的孔位；根据孔位打设钻孔。
可选地，实时监测所述观测点的覆岩位移量包括：在多个观测点上分别安设位移计；通过所述位移计实时监测所述观测点的覆岩位移量。
可选地，在多个观测点上分别安设位移计之前还包括：对所述钻孔进行窥视。
可选地，还包括：在所述最关键煤柱上打设水平孔；实时监测所述水平孔的孔底处煤柱应力变化量；
当在第二预定时间间隔内，所述煤柱应力变化量大于预定应力值时，发出警报。
可选地，当在第一预定时间间隔内，所述覆岩位移量超过预定位移量时，输出所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报包括：当在第一预定时间间隔内，所述覆岩位移量超过预定位移量时，监测所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的深度是否小于预定深度；若所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的深度小于预定深度，输出所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报。
可选地，在所述最关键煤柱上打设水平孔包括：监测当前采空区是否具备监测煤柱应力变化量的条件；如果不具备，则在新近形成的采空区的最关键煤柱上打设水平孔。
可选地，还包括：沿煤层的走向和倾向方向，在地表布置预定数量的测量点；实时监测测量点处的地表沉降量；当在第三预定时间间隔内，所述地表沉降量大于预定沉降量时，发出警报。
可选地，所述最关键煤柱为横截面积最大的煤柱，其中，所述横截面积与最关键煤柱的高度方向垂直。
可选地，还包括：以实时监测的覆岩位移量、煤柱应力变化量、地表沉降量为纵轴，以时间为横轴，分别建立覆岩位移量-时间、煤柱应力变化量-时间和地表沉降量-时间曲线。
本发明实施例提供的采空区覆岩破坏监测方法通过实时监测采空区最关键煤柱上方岩体的覆岩位移量，当在第一预定时间间隔内，覆岩位移量超过预定位移量时，输出覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报，可提前获取采空区顶板上方覆岩的破坏情况，提前对地面塌陷进行预测，避免地面突然塌陷造成的人员伤亡等安全事故。
附图说明
图1是本发明实施例的采空区覆岩破坏监测方法的流程图。
图2是本发明实施例的S110的流程图。
图3是本发明实施例的覆岩位移量-时间曲线图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例一
图1示出了本发明实施例的采空区覆岩破坏监测方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的采空区覆岩破坏监测方法，其包括：
S110，在最关键煤柱的正上方打设钻孔；
其中，钻孔可以为直孔，也可为斜孔。优选地，钻孔为直孔。钻孔由地面延伸至采空区顶板上方。在本实施例中，最关键煤柱为当前采空区内横截面积最大的煤柱。横截面积垂直于最关键煤柱的厚度。
S120，在所述钻孔内布设多个观测点，多个所述观测点沿孔深方向排布，相邻观测点间隔预定距离；
例如，钻孔的孔深为500米，每隔50米设置一个观测点。当岩体变形时，锚固在钻孔不同深度处的观测点将随岩体的移动而移动。通过监测观测点的移动量可得出岩体的覆岩位移量。
S130，实时监测所述观测点的覆岩位移量；
覆岩位移量可以为岩体不同位置之间的相对位移，也可以相对于某一基准点(例如孔口)的绝对位移。
在钻孔内不同深度位置上固定若干观测点，每个观测点分别用连接件(例如连接绳)连接到孔口。在孔口就可以直接测量连接件随观测点移动所发生的绝对位移值。测出各观测点在一定时间间隔内相对于基准点(例如孔口)的变形量，就可求出岩体内不同深度处各观测点的相对位移。
例如，钻孔内在500米深度上设置观测点A，在400米深度上设置观测点B。观测点A未移动前，与孔口的间距为L1，观测点B未移动前，与孔口的间距为L2。岩层移动后，观测点A与孔口的间距为L3，观测点B与孔口的间距为L4。观测点A和B的绝对位移分别为L3-L1，L4-L2。观测点A和B的相对位移为：L3-L1-L4+L2。
S140；当在第一预定时间间隔内，覆岩位移量超过预定位移量时，输出覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报。
例如，在10天内，孔深400米处的观测点的覆岩位移量为5米，超过预定位移量(例如1米)，说明该采空区的地面会出现塌陷，输出该观测点的位置信息，并发出警报。
本发明实施例提供的采空区覆岩破坏监测方法通过实时监测采空区最关键煤柱上方岩体的覆岩位移量，当在第一预定时间间隔内，覆岩位移量超过预定位移量时，输出覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报，可提前获取采空区顶板上方覆岩的破坏情况，提前对地面塌陷进行预测，避免地面突然塌陷造成的人员伤亡等安全事故。
实施例二
在上述实施例一的基础上，可选地，S110，在最关键煤柱的正上方打设钻孔包括：
S1101，获取所述最关键煤柱的坐标信息；
S1102，根据所述最关键煤柱的坐标信息确定所述最关键煤柱的中心位置坐标；
例如，最关键煤柱长方体，根据长方体各顶点的坐标计算出其中心位置的坐标。
S1103，根据所述中心位置坐标确定所述钻孔的孔位；
其中，孔位为最关键煤柱中心位置在地面的垂直投影，可使最关键煤柱与钻孔共轴，以便更好地监测。
S1104，根据孔位打设钻孔。
通过最关键煤柱的坐标位置确定钻孔的孔位，可保证钻孔位于最关键煤柱的正上方，以便更好地监测，提高监测的精确度。
进一步地，S130，实时监测所述观测点覆岩的位移量包括：
在多个观测点上分别安设位移计；
位移计可采用多点位移计，以便更好地监测。
通过位移计实时监测所述观测点的覆岩位移量。
位移计具有体积小，重量轻等优点，便于在钻孔内布设。
较佳地，在多个观测点上分别安设位移计之前还包括：
对所述钻孔进行窥视，以便直观地了解采空区覆岩的岩性，更好地对地面塌陷进行预测。
进一步地，采空区覆岩破坏监测方法还包括：
在所述最关键煤柱上打设水平孔；
水平孔的数量可以为多个，所述水平孔的孔深沿采煤方向逐渐增大，可采集最关键煤柱内部不同位置的应力变化量，提高预测的准确性。
实时监测所述水平孔的孔底处煤柱应力变化量；
煤柱应力变化量可与覆岩位移量可同时监测，也可在覆岩位移量监测之前进行。在本实施例中，可采用钻孔应力计实时监测所述水平孔的孔底处煤柱应力变化量。
钻孔应力计具有结构简单、刚度大，性能可靠、灵敏度和精度高、安装使用方便等特点，可通过钻孔应力计上的数字记录仪自动记录存储监测数据，通过通讯分站、通讯主站和通讯电缆实时将数据传入监测服务器，监测服务器再将数据传输至监测中心的上位机以及网络服务器中，实现煤柱应力变化的实时监测和在线监测。
当第二预定时间间隔内煤柱应力变化量大于预定应力值时，发出警报。
采空区顶板及覆岩的破坏都是自下向上逐一下沉，均需经历煤柱失稳破坏、直接顶垮落、上覆岩层裂纹扩展等过程。煤柱失稳破坏是造成房采采空区失稳的首要因素。因此，检测煤柱应力变化量，可进一步地提前得到采空区上覆岩体的变化情况，以便更好地对采空区地面塌陷进行预测。
可选地，S140，当在第一预定时间间隔内，所述覆岩位移量超过预定位移量时，输出所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报包括：
S1401，当在第一预定时间间隔内，所述覆岩位移量超过预定位移量时，监测所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的深度是否小于预定深度；
如果所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的深度大于预定深度，说明覆岩位移量较大的位置距离地面较远，造成地面塌陷的可能性不大，可以不必采取措施，只需实时观测即可。
S1402，若所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的深度小于预定深度，输出所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报。
例如，覆岩位移量超过预定位移量的观测点的深度为100米，小于预定深度150米，则说明覆岩变形已经快达到地面，造成地面塌陷的可能性很大，需要采取措施。
通过将覆岩位移量超过预定位移量的观测点的深度与预定深度比对，可避免频繁发出警报，提高预测的准确度。
较佳地，在所述最关键煤柱上打设水平孔包括：
监测当前采空区是否具备监测煤柱应力变化量的条件；
监测煤柱应力变化量的条件包括最关键煤柱上能否打设水平孔，水平孔内能否安设钻孔应力计，当前采空区内能否铺设通讯电缆等。
如果不具备，则在新近形成的采空区的最关键煤柱上打设水平孔。
其中，新近形成的采空区为距离当前监测的采空区距离最短，且与当前采空区形成时间间隔最小的采空区。当前采空区的采煤方式、煤层赋存条件、煤柱留设等情况均与新近形成的采空区相类似，可提高监测的准确度。
较佳地，采空区覆岩破坏监测方法还包括：
沿煤层的走向和倾向方向，在地表布置预定数量的测量点；
根据当前采空区地质采矿条件和已有的地表沉降资料，再依据地形，考虑地物以及便于测量点埋设和进行观测等条件，沿煤层走向和倾向各布置一定数量的测量点。
实时监测测量点处的地表沉降量；
地表沉降量的监测可与覆岩位移量和煤柱应力变化量同时进行，也可在覆岩位移量之后进行。在本实施例中，可通过遥感卫星地图监测各个测量点地表沉降量。
当第三预定时间间隔内所述地表沉降量大于预定沉降量时，发出警报。
例如，监测到地面观测点C的地表沉降量为0.5米，大于预定沉降量0.3米，则发出警报。
通过监测地表沉降量，便于与覆岩位移量、煤柱应力变化量相对应，以更准确地得到采空区地面沉降周期，更好地预测覆岩破坏。
本发明实施例提供的采空区覆岩破坏监测方法采用煤柱应力监测、岩层内部位移监测和地表沉降观测自下向上对采空区覆岩破坏进行立体监测，便于获取采空区覆岩破坏的规律(包括煤柱应力变化周期，岩层内部位移变化周期、地表沉降周期，以及相邻阶段的变化周期等)，更好地对覆岩破坏进行预测。
进一步地，采空区覆岩破坏监测方法还包括：
以实时监测的覆岩位移量、煤柱应力变化量、地表沉降量为纵轴，以时间为横轴，分别建立覆岩位移量-时间、煤柱应力变化量-时间和地表沉降量-时间曲线，例如图3中的覆岩位移量-时间曲线。在图3中，0-T1与T2之后的时间段内不会发出警报，只有T1-T2之间发出警报。
通过建立覆岩位移量-时间、煤柱应力变化量-时间和地表沉降量-时间曲线，可方便技术人员查看，总结采空区覆岩破坏的规律，更好地对覆岩破坏进行预测。
以上，结合具体实施例对本发明的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本发明的思想。本领域技术人员在本发明具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采空区覆岩破坏监测方法，其特征在于，包括：
在最关键煤柱的正上方打设钻孔；
在所述钻孔内布设多个观测点，多个所述观测点沿孔深方向排布，相邻观测点间隔预定距离；
实时监测所述观测点的覆岩位移量；
当在第一预定时间间隔内，所述覆岩位移量超过预定位移量时，输出所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在最关键煤柱的正上方打设钻孔包括：
获取所述最关键煤柱的坐标信息；
根据所述最关键煤柱的坐标信息确定所述最关键煤柱的中心位置坐标；
根据所述中心位置坐标确定所述钻孔的孔位；
根据孔位打设钻孔。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，实时监测所述观测点的覆岩位移量包括：
在多个观测点上分别安设位移计；
通过所述位移计实时监测所述观测点的覆岩位移量。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在多个观测点上分别安设位移计之前还包括：
对所述钻孔进行窥视。
5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述最关键煤柱上打设水平孔；
实时监测所述水平孔的孔底处煤柱应力变化量；
当在第二预定时间间隔内，所述煤柱应力变化量大于预定应力值时，发出警报。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当在第一预定时间间隔内，所述覆岩位移量超过预定位移量时，输出所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报包括：
当在第一预定时间间隔内，所述覆岩位移量超过预定位移量时，监测所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的深度是否小于预定深度；
若所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的深度小于预定深度，输出所述覆岩位移量超过预定位移量的观测点的位置信息，并发出警报。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述最关键煤柱上打设水平孔包括：
监测当前采空区是否具备监测煤柱应力变化量的条件；
如果不具备，则在新近形成的采空区的最关键煤柱上打设水平孔。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：
沿煤层的走向和倾向方向，在地表布置预定数量的测量点；
实时监测测量点处的地表沉降量；
当在第三预定时间间隔内，所述地表沉降量大于预定沉降量时，发出警报。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述最关键煤柱为横截面积最大的煤柱，其中，所述横截面积与最关键煤柱的高度方向垂直。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
以实时监测的覆岩位移量、煤柱应力变化量、地表沉降量为纵轴，以时间为横轴，分别建立覆岩位移量-时间、煤柱应力变化量-时间和地表沉降量-时间曲线。
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