CN111322116B - 一种采动围岩地压灾害实时监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采动围岩地压灾害实时监测方法及装置，所述方法在深部开采过程中，对采动围岩进行随钻测试，获得随钻力学响应量表征采动围岩应力、强度分布；在钻孔内安装光学、温度传感器，实时获得钻孔内采动围岩变形和温度状况；在同位安装电荷、声发射传感器，实时采集获得采动围岩电荷和声发射事件；同时，钻孔内同位布置微震传感器，实时监测采动围岩大范围能量状况。钻孔采动围岩同位测试数据传输至巷道，再由巷道接收端无线传输至地面接收平台及装置，进而对数据整理分析，及时发布采动围岩地压灾害预报结果。

Description

一种采动围岩地压灾害实时监测方法及装置

【技术领域】

本发明属于深部开采地压灾害预测防治技术领域，具体为一种采动围岩地压灾害实时监测方法及装置，尤其是涉及一种采动围岩地压灾害触感力-光-温-电-声-震同位实时监测方法及装置。

【背景技术】

深部开采地压灾害严重摧毁巷道或工作面，给现场工作带来极大威胁。矿山井下岩体在未开挖以前承受着上覆岩层的重量以及其他力的作用而处于平衡状态，称为原始应力平衡状态。一旦矿岩体被开挖以后或其附近有开挖工程，其原始应力平衡状态便遭到破坏，矿岩体中的应力将重新分布以便达到新的平衡，在此过程中，次生应力场在二次分布过程中会在开挖范围周围的一定区域内形成应力集中区域和应力降低区域，将使巷道或采场周围的岩体发生移动、变形和破坏，影响到采场等地下工程的稳定性，这种现象称为地压显现。这种地压显现是矿床地下开采中面临的一个重大安全问题。因此，揭示地压活动规律、管控地压显现是实现矿山安全生产的基础。目前，对深部地压灾害监测手段单一，且分布疏散、数据反映灾害性质不明确，造成地压灾害预测不准或定位不确定。

目前对于深部开采地压灾害监测的手段主要集中在顶板压力、巷道变形、地应力、构造应力、钻屑、微震，且对于现场矿山开采，针对矿山实际情况，选择其中一类或两类监测为主，然而，某类监测往往侧重应力或变形，不能完全描述和反映灾害发生特征，在监测器设置上，分布也不均匀，且数量较少，往往会出现监测位置遗漏、监测数据很难反映灾害特征的问题，造成地压灾害很难准确提前获知，缺少监测手段的有效组合监测，以便更准确获知地压灾害的位置及发生前的信息，这样就可以在现场，针对实际情况，采用力-光-温-电-声-震同位组合监测的方式，解决目前监测位置遗漏、监测数据灾害特征缺失的问题。

因此，有必要研究一种采动围岩地压灾害实时监测方法及装置来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种采动围岩地压灾害实时监测方法及装置，通过钻孔响应量数据及钻孔同位布置多类型传感器，监测变形、温度、电荷、声发射和能量状况，测试数据传输至巷道，再由巷道接收端无线传输至地面接收平台及装置，进而对数据整理分析，实时发布采动围岩地压灾害预报结果，及时对巷道采动围岩进行控制，达到减灾目的，此方法简单，监测量互补性高、准确可靠，装置操作简单，易于现场作业。

一方面，本发明提供一种采动围岩地压灾害实时监测装置，所述所述实时监测装置包括光监测单元、温度监测单元、电荷监测单元、声发射监测单元和微震监测单元，所述光监测单元、温度监测单元、电荷监测单元、声发射监测单元和微震监测单元同位设置在远离巷道方向的钻孔末端；

所述光监测单元用于实时获取钻孔内采动围岩形变，

所述温度监测单元用于实时获取钻孔内采动围岩温度；

所述电荷监测单元用于实时获取采动围岩电荷，所述声发射监测单元用于实时获取采动围岩的声发射事件，通过电荷和声发射事件表征采动围岩破裂状况；

所述微震监测单元用于实时监测采动围岩大范围能量状况，表征采动围岩能量积聚和定位破裂源。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述钻孔沿垂直于巷道侧壁方向向采动围岩延伸，所述钻孔包括延伸部和监测部，所述延伸部一端连接巷道，另一端通过监测部连接采动围岩。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述监测部包括第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间，所述第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间垂直于延伸部延伸方向依次连接。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述光监测单元和温度监测单元沿垂直于延伸部延伸方向依次设置，所述光监测单元和温度监测单元均设置在第二容置空间内。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述声发射监测单元和电荷监测单元均设置在第一容置空间内，所述声发射监测单元一端连接第二容置空间，另一端通过电荷监测单元连接采动围岩。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述微震监测单元设置在第三容置空间内，所述微震监测单元一端连接第二容置空间，另一端连接采动围岩。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述光监测单元为光学传感器，所述温度监测单元为温度传感器，所述电荷监测单元为电荷传感器，所述声发射监测单元为声发射传感器，所述微震监测单元为微震传感器。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述实时监测装置还包括地面接收平台和巷道接收端，所述地面接收平台用于对监测多参量数据整理分析，及时发布采动围岩地压灾害预报结果，所述地面接收平台通过巷道接收端同时连接光监测单元、温度监测单元、电荷监测单元、声发射监测单元和微震监测单元。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种采动围岩地压灾害实时监测方法，所述实时监测方法通过对采动围岩进行钻孔，获取采动围岩的光、温、电、声和震的触感力，根据触感力的数据整理和分析，进行地压灾害控制和预报。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述实时监测方法包括以下步骤：

S1：深部开采过程中，对采动围岩进行随钻测试，获得随钻力学响应量表征采动围岩应力、强度分布；

S2：在钻孔内安装光学传感器和温度传感器，实时获得钻孔内采动围岩变形和温度状况；

S3：在光学传感器和温度传感器同位安装电荷传感器和声发射传感器，实时采集获得采动围岩电荷和声发射事件；

S4：在光学传感器和温度传感器同位布置微震传感器，实时监测采动围岩大范围能量状况；

S5：将钻孔采动围岩同位测试数据传输至巷道接收端，再由巷道接收端无线传输至地面接收平台，进而对数据整理分析，实时发布采动围岩地压灾害预报结果，及时对巷道采动围岩进行控制；

其中，S2-S4顺序不固定。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：本发明利用钻孔测量数据和孔内同位监测变形、温度、电荷、声发射和能量状况的方法，实时发布采动围岩地压灾害预报结果，及时对巷道采动围岩进行控制，达到减灾目的，此方法简单，监测量互补性高、准确可靠，装置操作简单，易于现场作业。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的实时监测装置结构图。

其中，图中：

1-采动围岩，2-钻孔，3-第二容置空间，4-第一容置空间，5-第三容置空间，6-巷道接收端，7-地面接收平台。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明提供一种采动围岩地压灾害实时监测装置及方法，所述实时监测装置如图1所示，包括光监测单元、温度监测单元、电荷监测单元、声发射监测单元、微震监测单元、地面接收平台7和巷道接收端6，所述地面接收平台7通过巷道接收端6同时连接光监测单元、温度监测单元、电荷监测单元、声发射监测单元和微震监测单元。所述光监测单元、温度监测单元、电荷监测单元、声发射监测单元和微震监测单元同位设置在远离巷道方向的钻孔2末端。

所述钻孔2沿垂直于巷道侧壁方向向采动围岩1延伸，所述钻孔2包括延伸部和监测部，所述延伸部一端连接巷道，另一端通过监测部连接采动围岩1，所述监测部包括第一容置空间4、第二容置空间3和第三容置空间5，所述第一容置空间4、第二容置空间3和第三容置空间5垂直于延伸部延伸方向依次连接。

所述光监测单元用于实时获取钻孔2内采动围岩1形变，所述温度监测单元用于实时获取钻孔2内采动围岩1温度，所述光监测单元和温度监测单元沿垂直于延伸部延伸方向依次设置，所述光监测单元和温度监测单元均设置在第二容置空间3内。

所述电荷监测单元用于实时获取采动围岩1电荷，所述声发射监测单元用于实时获取采动围岩1的声发射事件，通过电荷和声发射事件表征采动围岩1破裂状况，所述声发射监测单元和电荷监测单元均设置在第一容置空间4内，所述声发射监测单元一端连接第二容置空间3，另一端通过电荷监测单元连接采动围岩1。

所述微震监测单元用于实时监测采动围岩1大范围能量状况，表征采动围岩1能量积聚和定位破裂源，所述微震监测单元设置在第三容置空间5内，所述微震监测单元一端连接第二容置空间3，另一端连接采动围岩1。

所述地面接收平台7用于对监测多参量数据整理分析，及时发布采动围岩1地压灾害预报结果，。

所述光监测单元为光学传感器，所述温度监测单元为温度传感器，所述电荷监测单元为电荷传感器，所述声发射监测单元为声发射传感器，所述微震监测单元为微震传感器。

一种采动围岩1地压灾害实时监测方法，所述实时监测方法通过对采动围岩1进行钻孔2，获取采动围岩1的光、温、电、声和震的触感力，根据触感力的数据整理和分析，进行地压灾害控制和预报，所述实时监测方法具体包括以下步骤：

S1：深部开采过程中，对采动围岩1进行随钻测试，获得随钻力学响应量表征采动围岩1应力、强度分布；

S2：在钻孔2内安装光学传感器和温度传感器，实时获得钻孔2内采动围岩1变形和温度状况；

S3：在光学传感器和温度传感器同位安装电荷传感器和声发射传感器，实时采集获得采动围岩1电荷和声发射事件；

S4：在光学传感器和温度传感器同位布置微震传感器，实时监测采动围岩1大范围能量状况；

S5：将钻孔2采动围岩1同位测试数据传输至巷道接收端6，再由巷道接收端6无线传输至地面接收平台7，进而对数据整理分析，实时发布采动围岩1地压灾害预报结果，及时对巷道采动围岩1进行控制。

通过本发明所述实时监测装置和方法，在深部开采过程中，对采动围岩1进行随钻测试，获得随钻力学响应量表征采动围岩1应力、强度分布；在钻孔2内安装光学、温度传感器，实时获得钻孔2内采动围岩1变形和温度状况；在同位安装电荷、声发射传感器，实时采集获得采动围岩1电荷和声发射事件；同时，钻孔2内同位布置微震传感器，实时监测采动围岩1大范围能量状况。钻孔2采动围岩1同位测试数据传输至巷道，再由巷道接收端6无线传输至地面接收平台7，进而对数据整理分析，实时发布采动围岩1地压灾害预报结果，及时对巷道采动围岩1进行控制，达到减灾目的。此方法简单，监测量互补性高、准确可靠，装置操作简单，易于现场作业。。

以上对本申请实施例所提供的一种采动围岩地压灾害实时监测方法及装置，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (5)

1.一种采动围岩地压灾害实时监测装置，其特征在于，所述实时监测装置包括光监测单元、温度监测单元、电荷监测单元、声发射监测单元和微震监测单元，所述光监测单元、温度监测单元、电荷监测单元、声发射监测单元和微震监测单元同位设置在远离巷道方向的钻孔末端；

所述光监测单元用于实时获取钻孔内采动围岩形变，

所述温度监测单元用于实时获取钻孔内采动围岩温度；

所述电荷监测单元用于实时获取采动围岩电荷，所述声发射监测单元用于实时获取采动围岩的声发射事件，通过电荷和声发射事件表征采动围岩破裂状况；

所述微震监测单元用于实时监测采动围岩大范围能量状况，表征采动围岩能量积聚和定位破裂源；

所述钻孔沿垂直于巷道侧壁方向向采动围岩延伸，所述钻孔包括延伸部和监测部，所述延伸部一端连接巷道，另一端通过监测部连接采动围岩；

所述监测部包括第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间，所述第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间垂直于延伸部延伸方向依次连接；

所述光监测单元和温度监测单元沿垂直于延伸部延伸方向依次设置，所述光监测单元和温度监测单元均设置在第二容置空间内；

所述声发射监测单元和电荷监测单元均设置在第一容置空间内，所述声发射监测单元一端连接第二容置空间，另一端通过电荷监测单元连接采动围岩；

所述微震监测单元设置在第三容置空间内，所述微震监测单元一端连接第二容置空间，另一端连接采动围岩。

2.根据权利要求1所述的实时监测装置，其特征在于，所述光监测单元为光学传感器，所述温度监测单元为温度传感器，所述电荷监测单元为电荷传感器，所述声发射监测单元为声发射传感器，所述微震监测单元为微震传感器。

3.根据权利要求2所述的实时监测装置，其特征在于，所述实时监测装置还包括地面接收平台和巷道接收端，所述地面接收平台用于对监测多参量数据整理分析，及时发布采动围岩地压灾害预报结果，所述地面接收平台通过巷道接收端同时连接光监测单元、温度监测单元、电荷监测单元、声发射监测单元和微震监测单元。

4.一种采动围岩地压灾害实时监测方法，包括上述权利要求1-3之一所述的实时监测装置，其特征在于，所述实时监测方法通过对采动围岩进行钻孔，获取采动围岩的光、温、电、声和震的触感力，根据触感力的数据整理和分析，进行地压灾害控制和预报。

5.根据权利要求4所述的实时监测方法，其特征在于，所述实时监测方法包括以下步骤：

S1：深部开采过程中，对采动围岩进行随钻测试，获得随钻力学响应量表征采动围岩应力、强度分布；

S2：在钻孔内安装光学传感器和温度传感器，实时获得钻孔内采动围岩变形和温度状况；

S3：在光学传感器和温度传感器同位安装电荷传感器和声发射传感器，实时采集获得采动围岩电荷和声发射事件；

S4：在光学传感器和温度传感器同位布置微震传感器，实时监测采动围岩大范围能量状况；

S5：将钻孔采动围岩同位测试数据传输至巷道接收端，再由巷道接收端无线传输至地面接收平台，进而对数据整理分析，实时发布采动围岩地压灾害预报结果，及时对巷道采动围岩进行控制；

其中，S2-S4顺序不固定。

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