CN220101343U - 一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及煤矿开采监测设备领域，尤其涉及一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置；包括平行的沿空留巷和下顺槽，沿空留巷和下顺槽之间留设区段煤柱，在所述煤柱的内部通过钻孔预埋多层相互平行布设的分布式光纤监测组件，多层所述分布式光纤监测组件同步电连接于井下的采集设备上，所述采集设备电连接于地面的上位机上。本实用新型通过在煤柱内预埋多层分布式光纤监测组件，基于光纤光栅监测技术能够对被测煤柱内部的多层分布式光纤监测组件进行监测，并同步反馈至采集设备上，随后由采集设备统一发送至上位机上，上位机对数据进行汇总分析，即可实现得出煤矿开采过程中煤柱裂隙发育情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤矿开采监测设备领域，尤其涉及一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置。
背景技术
在煤矿开采过程中，长期的大规模的开采形成采空区，随着开采面积的不断增大，煤矿中预留的小煤柱承受岩体压力越来越大，小煤柱自身不足以承受来自岩体的压力，可能发生断裂导致煤矿的坍塌。
目前煤柱裂隙发育研究主要集中在室内实验研究，通过试验机测对煤样试件单轴、三轴进行压缩试验，采用声发射监测技术，对试件加载时的声波能量、振铃、撞击数、频率等参数进行分析，通过反演技术得到煤样试件在载荷作用下裂隙扩展情况，受声发射探测精度低、信号衰减的影响，监测效果不理想；部分学者通过瞬变电磁法对煤柱进行扫描，通过探测分析煤柱电阻率分布情况进而得到裂隙发育情况，存在监测设备笨重、信号衰减快、受噪声影响大等问题；钻孔电视窥视技术，在煤柱内部钻孔进行窥视得到煤柱裂隙发育情况，受钻孔电视摄像头分辨率影响只能对大裂隙进行监测，无法实现实时在线监测。
为此，本实用新型提供了一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置，基于现场煤柱实际环境，通过钻孔预埋设置到煤柱内部的多层光纤监测组件，且每层光纤监测组件相互平行，通过向光纤监测组件发射带有一定带宽的光，由于光纤监测组件中光纤光栅传感器的波长选择性作用，可通过检测波长的变化推导出外界温度、压力或应力，进而得到煤柱裂隙发育状况，实现了煤柱裂隙发育实时在线监测功能，对煤矿煤柱裂隙发育和稳定性研究具有一定的借鉴意义。
实用新型内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置，包括平行的沿空留巷和下顺槽，沿空留巷和下顺槽之间留设区段煤柱，在所述煤柱的内部通过钻孔预埋多层相互平行布设的分布式光纤监测组件，多层所述分布式光纤监测组件同步电连接于井下的采集设备上，所述采集设备电连接于地面的上位机上，每层所述分布式光纤监测组件中均布设多个光纤光栅传感器。
具体的，每层所述分布式光纤监测组件中包括相互垂直布设的多个横向光纤光栅传感器和多个纵向光纤光栅传感器。
具体的，每层所述分布式光纤监测组件中的横向光纤光栅传感器和纵向光纤光栅传感器的数量均为2个，且2个横向光纤光栅传感器和2个纵向光纤光栅传感器构成矩形状结构。
具体的，2个所述横向光纤光栅传感器和2个纵向光纤光栅传感器布设于煤柱贯穿钻孔内，在所述煤柱贯穿钻孔的两端处设置注浆封堵。
具体的，所述分布式光纤监测组件的层数为3层，位于所述煤柱内部最上层的分布式光纤监测组件以及位于所述煤柱内部最下层的分布式光纤监测组件构成的矩形状结构尺寸相同，位于所述煤柱内部中间层的分布式光纤监测组件的长度、宽度对应为位于煤柱内部最上层的分布式光纤监测组件的长度、宽度的1/2。
具体的，位于所述煤柱内部最上层的分布式光纤监测组件的水平布置位置为距离煤柱顶部的1/4处，位于所述煤柱内部中间层的分布式光纤监测组件的水平布置位置距离为煤柱顶部的1/2处，位于所述煤柱内部最下层的分布式光纤监测组件的水平布置位置为距离煤柱顶部的3/4处。
本实用新型的优点及有益效果在于：本实用新型提供的一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置，通过在煤柱内预埋多层分布式光纤监测组件，基于光纤光栅监测技术能够对被测煤柱内部的多层分布式光纤监测组件进行监测，并同步反馈至采集设备上，随后由采集设备统一发送至上位机上，上位机对数据进行汇总分析，即可实现得出煤矿开采过程中煤柱裂隙发育情况。
附图说明
图1为本实用新型实施例中一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中最上层的分布式光纤监测组件的俯视图。
附图标记：煤柱1、最上层的分布式光纤监测组件2、中间层的分布式光纤监测组件3、最下层的分布式光纤监测组件4、采集设备5、上位机6、横向光纤光栅传感器7、纵向光纤光栅传感器8、注浆封堵9。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参考附图1-2，一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置，包括平行的沿空留巷和下顺槽，沿空留巷和下顺槽之间留设区段煤柱1，在所述煤柱1的内部通过钻孔预埋多层相互平行布设的分布式光纤监测组件，多层所述分布式光纤监测组件同步电连接于井下的采集设备5上，所述采集设备5电连接于地面的上位机6上，每层所述分布式光纤监测组件中均布设多个光纤光栅传感器。
在本实施例中，通过在煤柱1的内部通过钻孔预埋多层相互平行布设的分布式光纤监测组件，其中，分布式光纤监测组件中的光纤光栅传感器能够反射光中心波长的变化反映了外界被测信号的变化情况，该光纤光栅传感器的工作原理为现有技术，包括宽谱光源(如SLED或ASE)将有一定带宽的光通过环行器入射到光纤光栅中，由于光纤光栅的波长选择性作用，符合条件的光被反射回来，再通过环行器送入解调装置，测出光纤光栅的反射波长变化。当光纤光栅做探头测量外界的温度、压力或应力时，光栅自身的栅距发生变化，从而引起反射波长的变化，解调装置即通过检测波长的变化推导出外界温度、压力或应力；另外，本实用新型涉及的采集设备5也为现有技术，包括但不限于Aut-X500光纤光栅高速解调仪，在此不进行限定，只要能够实现多通道同时采样，同时兼具良好的稳定性和测量精度，可以满足实际工程需求即可。
在本实施例中，每层所述分布式光纤监测组件中包括相互垂直布设的多个横向光纤光栅传感器7和多个纵向光纤光栅传感器8；每层所述分布式光纤监测组件中的横向光纤光栅传感器7和纵向光纤光栅传感器8的数量均为2个，且2个横向光纤光栅传感器7和2个纵向光纤光栅传感器8构成矩形状结构；2个所述横向光纤光栅传感器7和2个纵向光纤光栅传感器8布设于煤柱1贯穿钻孔内，在所述煤柱1贯穿钻孔的两端处设置注浆封堵9；所述分布式光纤监测组件的层数为3层，位于所述煤柱1内部最上层的分布式光纤监测组件2以及位于所述煤柱1内部最下层的分布式光纤监测组件4构成的矩形状结构尺寸相同，位于所述煤柱1内部中间层的分布式光纤监测组件3的长度、宽度对应为位于煤柱1内部最上层的分布式光纤监测组件2的长度、宽度的1/2；位于所述煤柱1内部最上层的分布式光纤监测组件2的水平布置位置为距离煤柱1顶部的1/4处，位于所述煤柱1内部中间层的分布式光纤监测组件3的水平布置位置距离为煤柱1顶部的1/2处，位于所述煤柱1内部最下层的分布式光纤监测组件4的水平布置位置为距离煤柱1顶部的3/4处。
在本实施例中，首先根据实际区段煤柱1的尺寸，设定需要预埋的每层分布式光纤监测组件的位置高度、长度以及宽度，随后采用钻机进行钻孔，钻孔贯穿整个煤柱1，同时，在水平方向上布设的分布式光纤监测组件中，需要满足位于最上层的分布式光纤监测组件2的长度、宽度与位于最下层的分布式光纤监测组件4的长度、宽度相同，并且，位于中间层的分布式光纤监测组件3的长度、宽度对应为位于最上层(或最下层)的分布式光纤监测组件的长度、宽度的1/2(即面积的1/4)，另外，在竖向方向上布设的分布式光纤监测组件中，需要满足位于最上层的分布式光纤监测组件2的水平布置位置为距离煤柱1顶部的1/4处，位于中间层的分布式光纤监测组件3的水平布置位置距离为煤柱1顶部的1/2处，位于最下层的分布式光纤监测组件4的水平布置位置为距离煤柱1顶部的3/4处，即可实现在煤柱1内部的立体空间内对结构裂缝实施三维立体式监测，并且同步至采集设备5上，对监测信号进行汇总后，发送至地面的上位机6上，进而通过上位机6对不同位置信号分析、反演，最终得到煤柱1裂隙发育情况，同时做到了实时监测。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述本实用新型的各步骤实施方式可以以不同于本实用新型的方式执行，模拟方法及实验设备包括但不限于上述说明。上述本实用新型的各步骤在某些情况下可以以不同于此处的顺序执行，上述所示或描述的步骤，可将它们分开执行。所以，本实用新型不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置，包括平行的沿空留巷和下顺槽，沿空留巷和下顺槽之间留设区段煤柱，其特征在于，在所述煤柱的内部通过钻孔预埋多层相互平行布设的分布式光纤监测组件，多层所述分布式光纤监测组件同步电连接于井下的采集设备上，所述采集设备电连接于地面的上位机上，每层所述分布式光纤监测组件中均布设多个光纤光栅传感器。
2.根据权利要求1所述的一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置，其特征在于，每层所述分布式光纤监测组件中包括相互垂直布设的多个横向光纤光栅传感器和多个纵向光纤光栅传感器。
3.根据权利要求2所述的一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置，其特征在于，每层所述分布式光纤监测组件中的横向光纤光栅传感器和纵向光纤光栅传感器的数量均为2个，且2个横向光纤光栅传感器和2个纵向光纤光栅传感器构成矩形状结构。
4.根据权利要求3所述的一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置，其特征在于，2个所述横向光纤光栅传感器和2个纵向光纤光栅传感器布设于煤柱贯穿钻孔内，在所述煤柱贯穿钻孔的两端处设置注浆封堵。
5.根据权利要求1所述的一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置，其特征在于，所述分布式光纤监测组件的层数为3层，位于所述煤柱内部最上层的分布式光纤监测组件以及位于所述煤柱内部最下层的分布式光纤监测组件构成的矩形状结构尺寸相同，位于所述煤柱内部中间层的分布式光纤监测组件的长度、宽度对应为位于煤柱内部最上层的分布式光纤监测组件的长度、宽度的1/2。
6.根据权利要求5所述的一种浅埋近距离煤层开采地表裂隙尺度测量装置，其特征在于，位于所述煤柱内部最上层的分布式光纤监测组件的水平布置位置为距离煤柱顶部的1/4处，位于所述煤柱内部中间层的分布式光纤监测组件的水平布置位置距离为煤柱顶部的1/2处，位于所述煤柱内部最下层的分布式光纤监测组件的水平布置位置为距离煤柱顶部的3/4处。
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