CN112360548A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沿空留巷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，系统包括巷旁混凝土充填体稳定性监测预警平台、专家评价系统、超声波信号预警模块、微震信号预警模块、巷道矿压显现预警模块。通过将各个采集单元采集的实时监测数据通过分析模块、预警模块、专家系统实施沿空留巷巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性状态实时监测预警，为沿空巷道围岩稳定性控制提供决策依据。本发明系统科学、安全实用，可操作性强，便于实现沿空留巷巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警与一体化防控。

Description

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

技术领域

本发明涉及沿空留巷巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警系统，特别适用于沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性状态实时监测与承载失效预警。

背景技术

我国煤炭以井工开采为主，以沿空留巷为主的无煤柱开采技术具有显著优势和广阔应用前景。

巷旁充填体的稳定性是沿空留巷技术成败的关键，混凝土是最常用的巷旁充填材料，在沿空留巷巷旁充填体构筑过程中，巷旁混凝土充填体因受到本区段顶板下沉回转及下区段工作面回采的重复扰动影响，其内部微裂隙从萌生扩展到外部宏观破坏，导致整体承载能力的大幅度降低甚至是失效，给沿空留巷围岩控制带来较大的困难。另外，近距离多煤层开采时，上煤层开采沿空留巷巷旁充填体的失稳易造成下煤层顶板大面积来压，诱发下煤层动力灾害甚至无法开采。

由于沿空留巷巷旁混凝土充填体的稳定性受多方面因素的影响，传统方法仅从巷道围岩压力、变形量等宏观参量监测难以对其稳定性状态进行精准评估，无法系统全面的揭示充填体内部裂纹萌生、扩展再到整体承载失效的发生机理。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种沿空留巷巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警系统，是一种利用巷道围岩变形、压力以及超声波信号、微震信号反映沿空留巷巷旁混凝土充填体内部节理裂隙发育程度、变形(弹塑性)状态、应力状态监测方法的集成。通过本发明的系统可实时采集沿空留巷巷旁混凝土充填体从构筑、初凝、凝固成型、具备承载能力、再到承载失效全服务周期过程中动态响应特征，通过监测数据实时反馈和模块化分析，实现沿空留巷巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性状态的综合评判预警，最大程度上避免因巷旁混凝土充填体承载失效引发的剧烈矿压显现的发生，为揭示巷旁混凝土充填体承载失效发生机理提供基础。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明提供一种巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警系统，包括：

巷旁混凝土充填体稳定性监测预警平台，响应专家评价系统确定的沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性结果，发出预警指令；

专家评价系统，通过对超声波信号预警模块、微震信号预警模块和巷道矿压显现预警模块的判断结果综合分析评价，结合巷旁混凝土充填体宏观应力状态，给出沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性结果；

超声波信号预警模块，实时将超声波信号采集单元采集的超声波波形、超声波信号发射和接收时间经过超声波信号分析模块得到超声波波速、幅值、相位差、超声波频率和主频通频宽与预警指标对比，判断巷旁混凝土充填体从构筑、初凝、凝固成型、承载能力、承载失效全周期过程中受力与变形状态，并实时显示和预警；

微震信号预警模块，将微震信号采集单元采集到的局部范围内巷旁混凝土充填体在破裂时以地震波形式产生的微震信号完整波形以及P波到达时间，经过微震信号分析模块分析提取震源发生位置、频次、能量、震源集中程度等信息，确定充填体破裂的位置、时间、规模、空间分布特征，评估巷旁混凝土充填体的稳定性状态；

巷道矿压显现预警模块，将巷道矿压显现采集单元采集的沿空巷道顶底板移近量、两帮移近量、深部位移量、巷道顶板压力数据，通过沿空巷道围岩变形分析模块计算得到顶底板、两帮移近量及变化速率、深部位移量及变化速率同允许位移值和允许位移速率对比，巷道顶板压力及变化率同允许压力值和允许变化速率对比，综合判断沿空留巷巷道稳定性；

巷旁混凝土充填体宏观状态分析模块，实时通过分析巷旁混凝土充填体压力采集单元采集的全服务周期充填体内部压力，确定充填体宏观受力状态；

所述超声波信号预警模块、微震信号预警模块、巷道矿压显现预警模块和巷旁混凝土充填体宏观状态分析模块分别连接至专家评价系统，专家评价系统连接至巷旁混凝土充填体稳定性监测预警平台。

优选的，所述超声波信号采集单元包括超声波波形发生器、超声波信号放大器、超声波发射换能器、接收换能器和超声波示波器。

优选的，所述超声波信号分析模块中超声波波速为超声波发射、接收换能器连线距离与发射、接收间隔时间的比值；信号接收时间为首波到达时间；幅值为接收波首波幅值；相位差为后一接收波初始相位同前一接收波初始相位之差；频谱中最大幅度对应的频率为该信号的主频，主频通频宽为频域中信号强度，是最大信号强度

的两个频率之间的距离。

优选的，所述微震信号采集单元包括拾震器、微震信号采集器和微震信号记录仪。

优选的，所述微震信号分析模块分析中微震震源发生位置通过纵波到达时间差，在给定波速条件下进行三维定位；微震频次为总分析天数内，一天或多天相同时间间距内震动发生次数的累加值；能量为总分析天数内，一天或多天相同时间间距内的微震能量总和；震源集中程度为震源位置分布的集中程度。

优选的，所述巷道矿压显现采集单元包括激光测距仪、深基点位移计、锚杆测力计和压力枕。

优选的，所述巷旁混凝土充填体压力采集单元包括压力传感器。

本发明进而提供了一种巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警方法，包括以下步骤：

1)选取沿空留巷巷旁混凝土充填材料制备混凝土试样，确定沿空留巷巷旁充填体采动加载路径，获取混凝土试件采动加载路径下的应力-应变特征、超声波信号特征和微震信号特征，建立对应关系；

获取采动加载路径下不同尺寸巷旁混凝土充填体应力、变形特征，提取巷旁混凝土充填体变形破裂时频信号突变异常前兆信息，确定细观多参量预警指标，建立沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性细观指标评估体系；

2)沿空巷道巷旁混凝土充填体留设后，将超声波发射换能器、超声波接收换能器分别埋设于巷旁混凝土充填体上方和下方内部；将获取的信号输入至超声波信号预警模块，若超过超声波信号预警标准值则发出报警，并将预警结果传输至专家评价系统；

3)将拾震器布设于沿空留巷巷旁混凝土充填体中部，微震信号采集单元采集的数据输入至微震信号预警模块，若微震能量超过临界值，或微震频次出现异常、或向某个区域集中时，发出预警信号，并将判断结果传输至专家评价系统；

4)围岩宏观变形测量时，采用十字布点法布设表面位移监测断面；巷道围岩矿压显现单元采集的表面位移数据和深部位移数据结果输入至沿空巷道围岩变形分析模块，将分析结果输入巷道矿压显现预警模块，同允许位移值和允许位移速率对比，若超过标准值则发出报警，并将预警结果传输至专家评价系统；

5)顶板压力监测时将压力枕垂直放置于矩形巷道顶板锚杆与支护面之间的锚杆托盘上，分别布设在沿空巷道断面顶板中线附近两侧；

巷道围岩矿压显现单元采集的顶板压力数据结果输入至沿空巷道围岩变形分析模块，将分析结果输入巷道矿压显现预警模块，若顶板压力超过允许压力值则发出报警，并将预警结果传输至专家评价系统；

6)充填体压力监测时，将压力传感器埋设于巷旁混凝土充填体上部垂直钻孔内，与超声波发射换能器、超声波接收换能器和拾震器交错布置；

巷旁混凝土充填体压力采集单元采集的压力数据输入至巷旁混凝土充填体宏观状态分析模块，分析充填体宏观受力状态，结果输入专家评价系统；

7)专家评价系统对超声波信号预警模块、微震信号预警模块、巷道矿压显现预警模块发出的判断结果以及巷旁混凝土充填体宏观受力状态进行综合分析评价，综合确定沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性状态；

8)由巷旁混凝土充填体稳定性监测预警平台，响应专家评价系统确定的沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性结果，发出预警指令。

优选的，超声波测试断面自工作面端头支架后方30～50m开始布置，间隔40m～50m布置一组超声波发射换能器、超声波接收换能器，每个工作面布置一个超声波信号监测分站Ci。

优选的，拾震器自工作面端头支架后方50m开始与超声波发射、接收换能器交错布置，在沿空巷道内按最大接收半径间隔150～300m埋设一个拾震器，每隔3个工作面布置一个微震信号监测分站Wi。

优选的，充填体压力监测点自工作面支架后方20m开始布置，间隔30m～40m布置一个压力测点，监测巷旁混凝土充填体内部压力，观测频度为每个生产班观测一次。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1)本发明以主被动同时监测的方法实时采集沿空留巷巷旁混凝土充填体从构筑、初凝、凝固成型、具备承载能力、再到承载失效全服务周期过程中宏细观参量响应特征并提取前兆信息，通过动态监测数据实时反馈和模块化分析，更精确实现沿空留巷巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性状态的综合评判预警，最大程度上避免因巷旁混凝土充填体承载失效引发的剧烈矿压显现的发生；

2)对多源监测数据进行处理的基础上，综合分析宏细观参数之间的相关性，为揭示巷旁混凝土充填体承载失效发生机理、动力灾害防控提供依据；

3)采用数字化监测手段，方便快捷的实现数据实时采集，避免了误差累计并且使监测工作安全性更高；

本发明设计合理，可操作性强，可考虑煤矿井下所有混凝土充填体，准确、科学便捷、有效实现沿空留巷巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性的实时监测与预警。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明监测预警系统示意图；

图2-1为本发明超声波换能器布置断面示意图；

图2-2为本发明超声波监测分站布置示意图；

图3-1为本发明微震拾震器布置断面示意图；

图3-2为本发明微震监测分站示意图；

图4-1为本发明表面、深部位移、压力监测断面示意图；

图4-2为本发明围岩变形、压力监测断面布置示意图；

图5为本发明应用于近距离多煤层超声波监测分站、微震监测分站布置示意图。

图1中：1、超声波信号采集单元；2、微震信号采集单元；3、巷道矿压显现采集单元；4、巷旁混凝土充填体压力采集单元；5、超声波信号分析模块；6、微震信号分析模块；7、沿空巷道围岩变形分析模块；8、巷旁混凝土充填体宏观状态分析模块；9、超声波信号预警模块；10、微震信号预警模块；11、巷道矿压显现预警模块；11、专家评价系统；12、巷旁混凝土充填体稳定性监测预警平台。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明提供了一种沿空留巷巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警系统，包括：

巷旁混凝土充填体稳定性监测预警平台13，响应专家评价系统12确定的沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性结果，发出预警指令，为沿空巷道岩层控制提供技术支持。

专家评价系统12，通过对超声波信号预警模块9、微震信号预警模块10、巷道矿压显现预警模块11发出的判断结果进行综合分析评价，结合巷旁混凝土充填体宏观应力状态，给出沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性状态综合评估结果。

超声波信号预警模块9，实时将超声波信号采集单元1采集的超声波波形、超声波信号发射时间、超声波信号接收时间经过超声波信号分析模块5得到超声波波速、幅值、相位差、超声波频率、主频通频宽等关键指标同预警指标对比，精确判断巷旁混凝土充填体从构筑、初凝、凝固成型、具备承载能力、承载失效全服务周期过程中受力与变形状态，并进行实时显示和预警。

微震信号预警模块10，将微震信号数据采集单元2采集到的局部范围内巷旁混凝土充填体在破裂时以地震波形式产生的微震信号完整波形以及P波到达时间，经过微震信号分析模块6分析提取震源发生位置、频次、能量、震源集中程度等信息，确定充填体破裂的位置、时间、规模、空间分布特征，评估巷旁混凝土充填体的稳定性状态。

巷道矿压显现预警模块11，将巷道矿压显现采集单元3采集的沿空巷道顶底板移近量、两帮移近量、深部位移量、巷道顶板压力数据，通过沿空巷道围岩变形分析模块7计算得到顶底板、两帮移近量及变化速率、深部位移量及变化速率同允许位移值和允许位移速率对比，巷道顶板压力及变化率同允许压力值和允许变化速率对比，综合判断沿空留巷巷道稳定性。

巷旁混凝土充填体宏观状态分析模块8，实时通过分析巷旁混凝土充填体压力采集单元4采集的全服务周期充填体内部压力，确定充填体宏观受力状态。

超声波信号采集单元包括超声波波形发生器、超声波信号放大器、超声波发射换能器、接收换能器、超声波示波器；超声波分析模块分析中超声波波速为超声波发射、接收换能器连线距离与发射、接收间隔时间的比值，发射、接收时间在波形上自动拾取，其中接收时间为首波到达时间；幅值为接收波首波幅值；相位差为后一接收波初始相位同前一接收波初始相位之差；将采集到的超声波波形信号经过快速傅里叶变换(FFT)得到超声波频谱，频谱中最大幅度对应的频率为该信号的主频、主频通频宽为频域中信号强度是最大信号强度

的两个频率之间的距离。

微震信号采集单元包括拾震器、微震信号采集器、微震信号记录仪；微震信号分析模块分析中微震震源发生位置通过纵波到达时间差，在给定波速条件下进行三维定位；微震频次为一段时期(总分析天数)内，相同时间间距(一天或多天)内震动发生次数的累加值；能量为一段时期(总分析天数)内，相同时间间距(一天或多天)内的微震能量总和，微震能量的计算通过记录和校正震动参数的真实值实现，震动参数包括介质密度、波速、震动速率振幅、震动持续时间；震源集中程度为震源位置分布的集中程度。

巷道矿压显现采集单元包括激光测距仪、深基点位移计、锚杆测力计、压力枕。巷旁混凝土充填体压力采集单元包括压力传感器。

本发明还给出了一种沿空留巷巷旁混凝充填体全服务周期稳定性监测预警方法，包括以下步骤：

1)通过选取沿空留巷巷旁混凝土充填材料配比，制备混凝土试样，根据关键层理论和数值模拟试验，确定沿空留巷巷旁充填体采动加载路径，然后通过室内岩石力学加载实验，研究混凝土试件采动加载路径下的应力-应变特征、超声波信号特征(波速、振幅、相位差、频率、通频宽等)、微震信号特征(震源发生位置、频次、能量、震源集中程度等)，建立巷旁混凝土充填体采动加载路径下应力、变形状态与超声波、微震波形信号关键指标的对应关系；并利用RFPA数值软件模拟，研究采动加载路径下不同尺寸巷旁混凝土充填体应力、变形特征，提取巷旁混凝土充填体变形破裂时频信号突变异常前兆信息，确定细观多参量预警指标，建立沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性细观指标评估体系。

2)将超声波发射换能器、超声波接收换能器分别埋设于巷旁混凝土充填体上方和下方内部，如图2-1所示，超声波发射换能器、超声波接收换能器埋设时，在巷旁混凝土充填体上方和下方实施钻孔(

深300mm)，钻孔轴线方向与充填体垂直，保证上下钻孔连线垂直于巷道走向，检查传输线路与换能器是否连接良好，将连接好的超声波发射换能器埋设于充填体上方钻孔，超声波接收换能器埋设于充填体下方钻孔，调整两个换能器在钻孔中位置，保证两换能器端面平行，钻孔用混凝土浇注，确保安装的稳固性。

如图2-2所示，超声波测试断面自工作面端头支架后方30～50m开始布置，间隔40m～50m布置一组换能器，每个工作面布置一个超声波信号监测分站Ci(i＝1,2,3…)。

设定超声波波形发生器发射波频率为70kHz，振幅为5vpp，激励方式为单脉冲间隔10ms持续发射，将波形信号经由超声波信号放大器放大20倍传输至超声波发射换能器、信号通过巷旁混凝土充填体后由超声波接收换能器接收，再通过超声波信号放大器放大20倍后传输至超声波示波器，超声波信号采集单元1将采集的信号由超声波信号监测分站Ci(i＝1,2,3…)汇集，再经光缆传输到井上监测总站并将数据输入至超声波信号分析模块5，将分析结果输入至超声波信号预警模块9，若超过超声波信号预警标准值则发出报警，并将预警结果传输至专家评价系统12。

3)将拾震器布设于沿空留巷巷旁混凝土充填体中部，如图3-1所示，拾震器安装之前，观察外观是否损毁，利用万用表对其能否良好运行进行测试，分别测试拾震器内部电阻值、供电电流、输出电压，将测试正常的拾震器垂直安装在嵌入与钻孔孔壁胶结的螺栓(深度>1m)之上，防止紧固在上面的拾震器从钻孔中伸出，在嵌入与固定拾震器操作过程中，垂直安装拾震器偏离角度应小于10°。

如图3-2所示，拾震器自工作面端头支架后方50m开始与超声波发射、接收换能器交错布置，在沿空巷道内按最大接收半径间隔150～300m埋设一个拾震器，每隔3个工作面布置一个微震信号监测分站Wi(i＝1,2,3…)。

微震信号采集单元2采集的数据通过微震信号分析模块6根据不同的微震信号存在时频特征差异，利用小波包变换方法，对微震信号进行小波包分解，利用人工标记的微震信号数据集代入BP神经网络进行微震信号识别模型的训练，将训练好的识别模型用于微震信号的自动识别，分析结果输入至微震信号预警模块10，若微震能量超过临界值，或微震频次出现异常、或向某个区域集中时，发出预警信号，并将判断结果传输至专家评价系统13。

4)采用十字布点法布设表面位移监测断面，如图4-1所示，在顶底板中部垂直方向和两帮水平方向实施钻孔(

深380mm)，将木桩(

长400mm)打入孔中，巷道表面位移监测以激光点为测量基准点，木桩端部作为测量标点，测量基准点到标点的距离，测量精度要求达到1mm，并估计出0.5mm，当监测断面距回采工作面50m以内时，观测频度为每天观测一次，其它时间每周2～3次。

如图4-1所示，深基点位移计测点设在巷道垂直向上顶板中部的钻孔中(深7m、

)，3个测点的位置分别为3m、5m、7m，深基点位移计安装时首先用

钻头在顶板上打孔至预定深度350mm时，在最后一节钻杆上套上

的钻头，继续钻进达到预定深度，然后用安装杆将锚固器推至钻孔中预定监测位置，检查孔口套管组件连接是否牢固，然后将其插入钻孔中，确保刻度指示环移动不受任何卡阻，并确认孔口套管组件已固定在钻孔中，在将孔口套管组件推入钻孔中的同时，需将细钢丝绳从刻度尺的端部向外拉，将刻度指示环T(或L)的红色边缘与“0”刻度对齐，然后用螺钉将与其相连的细钢丝绳顶住，确认指示环移动不受卡阻，截取多余的细钢丝绳，通过指示环指示刻度计算巷道顶层不同深度(层位)顶板下沉量，观测频度与表面位移相同；

如图4-2所示，表面位移和深部位移监测断面自工作面端头支架后方20m开始布置，间隔30m～40m布置一个监测断面，监测顶底板移近量、两帮移近量、不同深度(层位)顶板下沉量。

巷道围岩矿压显现单元3采集的表面位移数据和深部位移数据结果输入至沿空巷道围岩变形分析模块7，将分析结果输入巷道矿压显现预警模块11，同允许位移值和允许位移速率对比，顶底板移近量允许位移为巷道高度的10％、两帮移近量允许位移为巷道宽度的5％～10％、最大允许位移变化速率为20mm/d，若超过标准值则发出报警，并将预警结果传输至专家评价系统12。

5)顶板压力监测时将压力枕垂直放置于矩形巷道顶板锚杆与支护面之间的锚杆托盘上，分别布设在沿空巷道断面顶板中线附近两侧，如图4-1所示。

如图4-2所示，顶板压力监测点自工作面端头支架后方20m开始布置，间隔30m～40m布置一个监测断面，监测沿空巷道顶板压力，观测频度为每个生产班观测一次。

巷道围岩矿压显现单元3采集的顶板压力数据结果输入至沿空巷道围岩变形分析模块7，将分析结果输入巷道矿压显现预警模块11，若顶板压力超过允许压力值则发出报警，并将预警结果传输至专家评价系统12。

6)充填体压力监测时，将压力传感器埋设于巷旁混凝土充填体上部垂直钻内，与超声波发射、接收换能器和拾震器交错布置，如图4-1所示。

如图4-2所示，充填体压力监测点自工作面支架后方20m开始布置，间隔30m～40m布置一个压力测点，监测巷旁混凝土充填体内部压力，观测频度为每个生产班观测一次。

巷旁混凝土充填体压力采集单元4采集的压力数据输入至巷旁混凝土充填体宏观状态分析模块8，分析充填体宏观受力状态，结果输入专家评价系统12。

7)专家评价系统12对超声波信号预警模块9、微震信号预警模块10、巷道矿压显现预警模块11发出的判断结果以及巷旁混凝土充填体宏观受力状态进行综合分析评价，综合确定沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性状态。

8)由巷旁混凝土充填体稳定性监测预警平台13，响应专家评价系统12确定的沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性结果，发出预警指令，为沿空巷道岩层控制提供技术支持。

图5为本发明应用于近距离多煤层(M1、M2、M3煤层)开采过程中巷旁充填体全服务周期稳定性监测的实施例，分别在M1、M2煤层布置超声波监测分站(C11、C12、C13…；C21、C22、C23…)、微震监测分站(W11、W12、W13…；W21、W22、W23…)；实时监测M1开采完毕后，M2及M3煤层开采过程中上方煤层采空区、本煤层充填体超声波、微震信号，分别接入超声波预警模块9、微震信号预警模块10，经专家评价系统12，综合确定上方煤层采空区、本煤层巷旁混凝土充填体稳定性状态。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警系统，其特征在于，至少包括：

巷旁混凝土充填体稳定性监测预警平台，响应专家评价系统确定的沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性结果，发出预警指令；

专家评价系统，通过对超声波信号预警模块、微震信号预警模块和巷道矿压显现预警模块的判断结果综合分析评价，结合巷旁混凝土充填体宏观应力状态，给出沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性结果；

超声波信号预警模块，实时将超声波信号采集单元采集的超声波波形、超声波信号发射和接收时间经过超声波信号分析模块得到超声波波速、幅值、相位差、超声波频率和主频通频宽与预警指标对比，判断巷旁混凝土充填体从构筑、初凝、凝固成型、承载能力、承载失效全周期过程中受力与变形状态，并实时显示和预警；

微震信号预警模块，将微震信号采集单元采集到的局部范围内巷旁混凝土充填体在破裂时以地震波形式产生的微震信号完整波形以及P波到达时间，经过微震信号分析模块分析提取震源发生位置、频次、能量、震源集中程度等信息，确定充填体破裂的位置、时间、规模、空间分布特征，评估巷旁混凝土充填体的稳定性状态；

巷道矿压显现预警模块，将巷道矿压显现采集单元采集的沿空巷道顶底板移近量、两帮移近量、深部位移量、巷道顶板压力数据，通过沿空巷道围岩变形分析模块计算得到顶底板、两帮移近量及变化速率、深部位移量及变化速率同允许位移值和允许位移速率对比，巷道顶板压力及变化率同允许压力值和允许变化速率对比，综合判断沿空留巷巷道稳定性；

巷旁混凝土充填体宏观状态分析模块，实时通过分析巷旁混凝土充填体压力采集单元采集的全服务周期充填体内部压力，确定充填体宏观受力状态；

所述超声波信号预警模块、微震信号预警模块、巷道矿压显现预警模块和巷旁混凝土充填体宏观状态分析模块分别连接至专家评价系统，专家评价系统连接至巷旁混凝土充填体稳定性监测预警平台。

2.根据权利要求1所述的巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警系统，其特征在于，所述超声波信号采集单元包括超声波波形发生器、超声波信号放大器、超声波发射换能器、接收换能器和超声波示波器。

3.根据权利要求1所述的巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警系统，其特征在于，所述超声波信号分析模块中超声波波速为超声波发射、接收换能器连线距离与发射、接收间隔时间的比值；信号接收时间为首波到达时间；幅值为接收波首波幅值；相位差为后一接收波初始相位同前一接收波初始相位之差；频谱中最大幅度对应的频率为该信号的主频，主频通频宽为频域中信号强度，是最大信号强度

的两个频率之间的距离。

4.根据权利要求1所述的巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警系统，其特征在于，所述微震信号采集单元包括拾震器、微震信号采集器和微震信号记录仪。

5.根据权利要求1所述的巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警系统，其特征在于，所述微震信号分析模块分析中微震震源发生位置通过纵波到达时间差，在给定波速条件下进行三维定位；微震频次为总分析天数内，一天或多天相同时间间距内震动发生次数的累加值；能量为总分析天数内，一天或多天相同时间间距内的微震能量总和；震源集中程度为震源位置分布的集中程度。

6.根据权利要求1所述的巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警系统，其特征在于，所述巷道矿压显现采集单元包括激光测距仪、深基点位移计、锚杆测力计和压力枕；

所述巷旁混凝土充填体压力采集单元包括压力传感器。

7.一种权利要求1-6任一项所述系统的巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选取沿空留巷巷旁混凝土充填材料制备混凝土试样，确定沿空留巷巷旁充填体采动加载路径，获取混凝土试件采动加载路径下的应力-应变特征、超声波信号特征和微震信号特征，建立对应关系；

获取采动加载路径下不同尺寸巷旁混凝土充填体应力、变形特征，提取巷旁混凝土充填体变形破裂时频信号突变异常前兆信息，确定细观多参量预警指标，建立沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性细观指标评估体系；

2)沿空巷道巷旁混凝土充填体留设后，将超声波发射换能器、超声波接收换能器分别埋设于巷旁混凝土充填体上方和下方内部；将获取的信号输入至超声波信号预警模块，若超过超声波信号预警标准值则发出报警，并将预警结果传输至专家评价系统；

3)将拾震器布设于沿空留巷巷旁混凝土充填体中部，微震信号采集单元采集的数据输入至微震信号预警模块，若微震能量超过临界值，或微震频次出现异常、或向某个区域集中时，发出预警信号，并将判断结果传输至专家评价系统；

4)围岩宏观变形测量时，采用十字布点法布设表面位移监测断面；巷道围岩矿压显现单元采集的表面位移数据和深部位移数据结果输入至沿空巷道围岩变形分析模块，将分析结果输入巷道矿压显现预警模块，同允许位移值和允许位移速率对比，若超过标准值则发出报警，并将预警结果传输至专家评价系统；

5)顶板压力监测时将压力枕垂直放置于矩形巷道顶板锚杆与支护面之间的锚杆托盘上，分别布设在沿空巷道断面顶板中线附近两侧；

巷道围岩矿压显现单元采集的顶板压力数据结果输入至沿空巷道围岩变形分析模块，将分析结果输入巷道矿压显现预警模块，若顶板压力超过允许压力值则发出报警，并将预警结果传输至专家评价系统；

6)充填体压力监测时，将压力传感器埋设于巷旁混凝土充填体上部垂直钻孔内，与超声波发射换能器、超声波接收换能器和拾震器交错布置；

巷旁混凝土充填体压力采集单元采集的压力数据输入至巷旁混凝土充填体宏观状态分析模块，分析充填体宏观受力状态，结果输入专家评价系统；

7)专家评价系统对超声波信号预警模块、微震信号预警模块、巷道矿压显现预警模块发出的判断结果以及巷旁混凝土充填体宏观受力状态进行综合分析评价，综合确定沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性状态；

8)由巷旁混凝土充填体稳定性监测预警平台，响应专家评价系统确定的沿空留巷巷旁混凝土充填体稳定性结果，发出预警指令。

8.权利要求7所述的巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警方法，其特征在于，超声波测试断面自工作面端头支架后方30～50m开始布置，间隔40m～50m布置一组超声波发射换能器、超声波接收换能器，每个工作面布置一个超声波信号监测分站Ci。

9.权利要求7所述的巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警方法，其特征在于，拾震器自工作面端头支架后方50m开始与超声波发射、接收换能器交错布置，在沿空巷道内按最大接收半径间隔150～300m埋设一个拾震器，每隔3个工作面布置一个微震信号监测分站Wi。

10.权利要求7所述的巷旁混凝土充填体全服务周期稳定性监测预警方法，其特征在于，充填体压力监测点自工作面支架后方20m开始布置，间隔30m～40m布置一个压力测点，监测巷旁混凝土充填体内部压力，观测频度为每个生产班观测一次。

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