CN117449911A - 一种顶板运动状态的监测方法 - Google Patents

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徐爱国
陈超
周乾坤
陈贵祥
苗少卿
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    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21FSAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/18Special adaptations of signalling or alarm devices
    • E21F17/185Rock-pressure control devices with or without alarm devices; Alarm devices in case of roof subsidence

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  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
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Abstract

本发明提供了一种顶板运动状态的监测方法,属于煤矿技术领域。包括以下步骤:S1.在回采工作面顺槽内,工作面超前区域外选取测点;S2.在工作面超前区域外开始布置测点,布置3个测振测点;S3.在巷道主帮侧,靠近煤壁在顶板上用锚杆钻机施工钻孔;S4.锚入一根锚索固定;S5.采集监测数据;S6.把数据进行分类处理,筛选有用的数据,去除不合理的数据;S7.分析数据;S8.分析整理图表。本发明利用固定在物体上的质点来跟踪物体的运动状态,实现对顶板振动特征进行持续监测,通过分析得出顶板振动竖直方向速度关系,预测顶板运动状态,防止顶板事故发生,提供了较好的预警和报警功能,并进一步提升煤矿巷道顶板的安全性,对煤矿的安全生产具有重要意义。

Description

一种顶板运动状态的监测方法
技术领域
本发明涉及煤矿技术领域,具体而言,涉及一种顶板运动状态的监测方法。
背景技术
在当前双碳目标下,煤炭作为我国能源的“压舱石”,在经济社会发展中依旧起着重要作用。随着浅部煤炭资源的枯竭,煤炭深部开采已成为不可逆转的趋势,而随着采深的增加,高应力、围岩大变形灾害越来越严重,煤矿巷道顶板一直是煤矿生产的重大隐患,严重影响了煤矿的安全高效生产,由此对煤矿巷道顶板运动状态监测需得到重视。为此,设计了一种顶板运动状态的监测方法。
发明内容
为了弥补以上不足,本发明提供了一种顶板运动状态的监测方法,旨在改善上述背景技术中的问题。
本发明实施例提供了一种顶板运动状态的监测方法,包括以下步骤:
S1.在回采工作面顺槽内,工作面超前区域外选取测点,间距为2m,共选取3个测振测点;
S2.在工作面超前区域外开始布置测点,布置3个测振测点,并编号Z-1~Z-3;
S3.在巷道主帮侧,靠近煤壁在顶板上用锚杆钻机施工钻孔,距离主帮1m,垂直上顶钻进,设计孔深为9m;
S4.锚入一根锚索固定,在锚索外露的部分,采用U型卡扣固定钢板或者托盘,上下用螺母锁死,在探头用石膏或石灰粘结在钢板或托盘上方,之后与采集器相连接;
S5.采集监测数据,当工作面向前推至距离测点还有0.5m时,停止监测;
S6.把数据进行分类处理,筛选有用的数据,去除不合理的数据,得到处理后的数据作为下一步计算的数据源;
S7.分析数据,得到每个监测到的代表顶板的质点振动波形曲线,并对曲线进行区分,筛选出仅表示竖直方向运动的数据,并绘制最大竖直速度曲线;
S8.分析整理图表,得出顶板振动竖直方向速度关系,及时发现顶板异常活动。
在一种具体的实施方案中,所述S3中用锚杆钻机施工钻孔之前还包括:根据使用具体的施工位置进行选择钻孔的机具,根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件来选择钻孔设备,钻孔机就位后,保持平稳,然后根据具体选择的定位的位置进行钻孔,在钻孔前将倾斜度调整对比好后再开展钻孔工作,根据土层的松软度合适的调节钻孔的深度,使得在安装后锚索更加的稳定。
在一种具体的实施方案中,所述S3中用锚杆钻机施工钻孔之后还包括:在钻孔完成后需要对钻孔内部在钻孔时产生的多余的灰尘或碎屑进行清理,避免碎屑沉积到孔的内部,清理后使用工具将清理后的孔塞住,清理时顺便对孔深度进行统一的测量,对钻孔的深度进行复检,以确保后期的安装稳定,将施工时孔深不达标的标注出来,再次的进行重新加工,同时将达标的孔塞住保存好,供后续施工。
在一种具体的实施方案中,所述S4中锚入一根锚索固定的具体方法包括:
S401.锚索安装,将锚索装配至相应的钻孔内部;
S402.注浆,采用注浆机向钻孔内部注浆;
S403.锚索张拉,对钻孔内部锚索的钢绞线采取单根分级张拉;
S404.二次注浆,张拉完成后采用注浆机从锚垫板的注浆管直接注浆到钻孔内部;
S405.外部保护,二次注浆后从锚垫板处起留40-50mm的钢绞线,其余的部分截去,在其外部包覆厚度不小于该钢绞线长度的水泥砂浆保护层。
在一种具体的实施方案中,所述S402中注浆采用BW-150型注浆机向钻孔内部注浆,注浆管管口压力不小于0.5Mp。
在一种具体的实施方案中,所述S403中锚索张拉额张拉控制应力为0.70-0.80fp,张拉至设计拉力的104-108%,持荷4-6分钟,卸荷至设计拉力100%,进行锁定。
在一种具体的实施方案中,所述S4中的采集器包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器和压力传感器,分别用于完成加速度、速度、位移、压力的动态过程的监测、记录和分析。
在一种具体的实施方案中,所述加速度传感器用于检测测振测点的加速度,并将其转换为振动信号,通过所述振动信号分析该物体的振动频率、振动幅度和振动模式,以此得出顶板的运动状态,对顶板事故的发生进行预测和预防。
在一种具体的实施方案中,所述S6中把数据进行分类处理,筛选有用的数据,去除不合理的数据具体包括以下步骤:
S601.获取目标数据,所述目标数据包括:目标历史数据和目标实时数据;
S602.对所述目标数据进行预处理,并进行特征提取;
S603.以所述目标历史数据作为训练集,训练基于局部特征的并行集成异常检测模型;
S604.利用训练完成的所述并行集成异常检测模型对所述目标实时数据进行推断,筛选出目标的异常数据,将所述异常数据去除。
在一种具体的实施方案中,所述S8中发现顶板异常活动之后还包括:设置报警单元,对所述顶板异常活动进行报警。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明利用固定在物体上的质点来跟踪物体的运动状态,实现对顶板振动特征进行持续监测,通过分析得出顶板振动竖直方向速度关系,预测顶板运动状态,防止顶板事故发生,提供了较好的预警和报警功能,并进一步提升煤矿巷道顶板的安全性,对煤矿的安全生产具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1是本发明实施方式提供的流程图;
图2为本发明实施方式提供的顶板运动监测测点布置示意图;
图3为本发明实施方式提供的测点探头布置方式正视图;
图4为本发明实施方式提供的测点探头布置方式侧视图。
具体实施方式
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描述。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,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他实施方式,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4,本发明提供一种顶板运动状态的监测方法,包括以下步骤:
S1.在回采工作面顺槽内,工作面超前区域外选取测点,间距为2m,共选取3个测振测点;
S2.在工作面超前区域外开始布置测点,布置3个测振测点,并编号Z-1~Z-3;
S3.在巷道主帮侧,靠近煤壁在顶板上用锚杆钻机施工钻孔,距离主帮1m,垂直上顶钻进,设计孔深为9m;
S4.锚入一根锚索固定,在锚索外露的部分,采用U型卡扣固定钢板或者托盘,上下用螺母锁死,在探头用石膏或石灰粘结在钢板或托盘上方,之后与采集器相连接;
S5.采集监测数据,当工作面向前推至距离测点还有0.5m时,停止监测;
S6.把数据进行分类处理,筛选有用的数据,去除不合理的数据,得到处理后的数据作为下一步计算的数据源;
S7.分析数据,得到每个监测到的代表顶板的质点振动波形曲线,并对曲线进行区分,筛选出仅表示竖直方向运动的数据,并绘制最大竖直速度曲线;
S8.分析整理图表,得出顶板振动竖直方向速度关系,及时发现顶板异常活动。
具体的,所述S3中用锚杆钻机施工钻孔之前还包括:根据使用具体的施工位置进行选择钻孔的机具,根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件来选择钻孔设备,钻孔机就位后,保持平稳,然后根据具体选择的定位的位置进行钻孔,在钻孔前将倾斜度调整对比好后再开展钻孔工作,根据土层的松软度合适的调节钻孔的深度,使得在安装后锚索更加的稳定。
在具体设置时,所述S3中用锚杆钻机施工钻孔之后还包括:在钻孔完成后需要对钻孔内部在钻孔时产生的多余的灰尘或碎屑进行清理,避免碎屑沉积到孔的内部,清理后使用工具将清理后的孔塞住,清理时顺便对孔深度进行统一的测量,对钻孔的深度进行复检,以确保后期的安装稳定,将施工时孔深不达标的标注出来,再次的进行重新加工,同时将达标的孔塞住保存好,供后续施工。
需要说明的是,所述S4中锚入一根锚索固定的具体方法包括:
S401.锚索安装,将锚索装配至相应的钻孔内部;
S402.注浆,采用注浆机向钻孔内部注浆;
S403.锚索张拉,对钻孔内部锚索的钢绞线采取单根分级张拉;
S404.二次注浆,张拉完成后采用注浆机从锚垫板的注浆管直接注浆到钻孔内部;
S405.外部保护,二次注浆后从锚垫板处起留40-50mm的钢绞线,其余的部分截去,在其外部包覆厚度不小于该钢绞线长度的水泥砂浆保护层。
在一些具体的实施方案中,所述S402中注浆采用BW-150型注浆机向钻孔内部注浆,注浆管管口压力不小于0.5Mp。
在其他一些实施方案中,所述S403中锚索张拉额张拉控制应力为0.70-0.80fp,张拉至设计拉力的104-108%,持荷4-6分钟,卸荷至设计拉力100%,进行锁定。
在本发明中,所述S4中的采集器包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器和压力传感器,分别用于完成加速度、速度、位移、压力的动态过程的监测、记录和分析。
可以理解,在其他实施例中,所述加速度传感器用于检测测振测点的加速度,并将其转换为振动信号,通过所述振动信号分析该物体的振动频率、振动幅度和振动模式,以此得出顶板的运动状态,对顶板事故的发生进行预测和预防。
在本实施例中,所述S6中把数据进行分类处理,筛选有用的数据,去除不合理的数据具体包括以下步骤:
S601.获取目标数据,所述目标数据包括:目标历史数据和目标实时数据;
S602.对所述目标数据进行预处理,并进行特征提取;
S603.以所述目标历史数据作为训练集,训练基于局部特征的并行集成异常检测模型;
S604.利用训练完成的所述并行集成异常检测模型对所述目标实时数据进行推断,筛选出目标的异常数据,将所述异常数据去除。
可选地,所述S8中发现顶板异常活动之后还包括:设置报警单元,对所述顶板异常活动进行报警。
该顶板运动状态的监测方法的原理及优点:
本发明利用固定在物体上的质点来跟踪物体的运动状态,实现对顶板振动特征进行持续监测,通过分析得出顶板振动竖直方向速度关系,预测顶板运动状态,防止顶板事故发生,提供了较好的预警和报警功能,并进一步提升煤矿巷道顶板的安全性,对煤矿的安全生产具有重要意义。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明的保护范围,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种顶板运动状态的监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.在回采工作面顺槽内,工作面超前区域外选取测点,间距为2m,共选取3个测振测点;
S2.在工作面超前区域外开始布置测点,布置3个测振测点,并编号Z-1~Z-3;
S3.在巷道主帮侧,靠近煤壁在顶板上用锚杆钻机施工钻孔,距离主帮1m,垂直上顶钻进,设计孔深为9m;
S4.锚入一根锚索固定,在锚索外露的部分,采用U型卡扣固定钢板或者托盘,上下用螺母锁死,在探头用石膏或石灰粘结在钢板或托盘上方,之后与采集器相连接;
S5.采集监测数据,当工作面向前推至距离测点还有0.5m时,停止监测;
S6.把数据进行分类处理,筛选有用的数据,去除不合理的数据,得到处理后的数据作为下一步计算的数据源;
S7.分析数据,得到每个监测到的代表顶板的质点振动波形曲线,并对曲线进行区分,筛选出仅表示竖直方向运动的数据,并绘制最大竖直速度曲线;
S8.分析整理图表,得出顶板振动竖直方向速度关系,及时发现顶板异常活动。
2.根据权利要求1所述的一种顶板运动状态的监测方法,其特征在于,所述S3中用锚杆钻机施工钻孔之前还包括:根据使用具体的施工位置进行选择钻孔的机具,根据锚固地层的类别、锚孔孔径、锚孔深度、以及施工场地条件来选择钻孔设备,钻孔机就位后,保持平稳,然后根据具体选择的定位的位置进行钻孔,在钻孔前将倾斜度调整对比好后再开展钻孔工作,根据土层的松软度合适的调节钻孔的深度,使得在安装后锚索更加的稳定。
3.根据权利要求1所述的一种顶板运动状态的监测方法,其特征在于,所述S3中用锚杆钻机施工钻孔之后还包括:在钻孔完成后需要对钻孔内部在钻孔时产生的多余的灰尘或碎屑进行清理,避免碎屑沉积到孔的内部,清理后使用工具将清理后的孔塞住,清理时顺便对孔深度进行统一的测量,对钻孔的深度进行复检,以确保后期的安装稳定,将施工时孔深不达标的标注出来,再次的进行重新加工,同时将达标的孔塞住保存好,供后续施工。
4.根据权利要求1所述的一种顶板运动状态的监测方法,其特征在于,所述S4中锚入一根锚索固定的具体方法包括:
S401.锚索安装,将锚索装配至相应的钻孔内部;
S402.注浆,采用注浆机向钻孔内部注浆;
S403.锚索张拉,对钻孔内部锚索的钢绞线采取单根分级张拉;
S404.二次注浆,张拉完成后采用注浆机从锚垫板的注浆管直接注浆到钻孔内部;
S405.外部保护,二次注浆后从锚垫板处起留40-50mm的钢绞线,其余的部分截去,在其外部包覆厚度不小于该钢绞线长度的水泥砂浆保护层。
5.根据权利要求4所述的一种顶板运动状态的监测方法,其特征在于,所述S402中注浆采用BW-150型注浆机向钻孔内部注浆,注浆管管口压力不小于0.5Mp。
6.根据权利要求5所述的一种顶板运动状态的监测方法,其特征在于,所述S403中锚索张拉额张拉控制应力为0.70-0.80fp,张拉至设计拉力的104-108%,持荷4-6分钟,卸荷至设计拉力100%,进行锁定。
7.根据权利要求1所述的一种顶板运动状态的监测方法,其特征在于,所述S4中的采集器包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器和压力传感器,分别用于完成加速度、速度、位移、压力的动态过程的监测、记录和分析。
8.根据权利要求7所述的一种顶板运动状态的监测方法,其特征在于,所述加速度传感器用于检测测振测点的加速度,并将其转换为振动信号,通过所述振动信号分析该物体的振动频率、振动幅度和振动模式,以此得出顶板的运动状态,对顶板事故的发生进行预测和预防。
9.根据权利要求1所述的一种顶板运动状态的监测方法,其特征在于,所述S6中把数据进行分类处理,筛选有用的数据,去除不合理的数据具体包括以下步骤:
S601.获取目标数据,所述目标数据包括:目标历史数据和目标实时数据;
S602.对所述目标数据进行预处理,并进行特征提取;
S603.以所述目标历史数据作为训练集,训练基于局部特征的并行集成异常检测模型;
S604.利用训练完成的所述并行集成异常检测模型对所述目标实时数据进行推断,筛选出目标的异常数据,将所述异常数据去除。
10.根据权利要求1所述的一种顶板运动状态的监测方法,其特征在于,所述S8中发现顶板异常活动之后还包括:设置报警单元,对所述顶板异常活动进行报警。
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