技术领域
[0001] 本
发明涉及
煤矿采场覆岩稳定性监测系统，主要用于监测煤矿采空区上覆岩
层压力和沉降值的变化，同时利用压力和位移监测数据得出采场覆岩运动稳定的状态及时间，从而为确定煤矿无煤柱开采的合理开掘时间提供决策依据，达到高效、低成本、安全采掘之目的。
背景技术
[0002] 目前我国煤炭资源回采率较低，损失浪费严重，全国煤矿资源回收率仅在40％左右，而若采用无煤柱开采技术，可有效利用矿井废弃物及其伴生资源，变废为宝。确定采场覆岩结构稳定时间是无煤柱开采技术成功的关键，由于没有有效的监测手段对其三维裂断规律进行监测，不能合理地确定岩层运动范围及运动状态，而目前的采场覆岩稳定性监测还集中于采煤工作面两端顺槽围岩和顶板压力的监测、工作面综采
支架在作业过程中受到的工作压力数据的监测等，还没有直接监测采空区覆岩运动稳定性的仪器和设备，主要依据传统经验，即工作面推进距离超过两个工作面宽度，此时采场支承压力分布稳定状态（“内、外
应力场”）基本形成。
发明内容
[0003] 本发明需要解决的技术问题是克服目前没有可靠稳定的采空区覆岩稳定性监测设备，提供一种可靠，安全，便捷的采空区覆岩运动稳定性监测系统，该系统可以实时监测采空区覆岩压力和沉降值，同时利用监测数据得到采场覆岩运动稳定的状态及时间。 [0004] 为达到上述目的，本发明监测系统包括：采场覆岩稳定监测仪和外围基站； 所述的采场覆岩稳定监测仪是由上下两根无缝
钢管套接在一起形成的活动式
套管；在套管的顶端和底端均固定有钢管托盘；在套管内设有高强
弹簧，在下钢管底部设有压力
传感器；压力弹簧的上端顶在套管顶部的托盘上，压力弹簧的下端顶在
压力传感器上；在下钢管托盘上
焊接有位移传感器；压力传感器与位移传感器通过数据线与外围基站连接。 [0005] 利用本发明监测系统对采空区覆岩运动稳定性进行监测和判定的方法 [0006] 第一步：在工作面推进一定距离时，在采空区内沿着工作面宽度方向间隔选择多个采空区测点，在选择的每个测点布置一个采场覆岩稳定监测仪；将监测系统的基站安置在工作面顺槽内；
[0007] 第二步：采场覆岩稳定监测仪通过数据线与安置在工作面顺槽内的基站连接，数据线通过挖沟浅埋的方式由采空区经工作面至顺槽基站；
[0008] 第三步：在工作面继续推进一定距离后，同样在采空区内沿着工作面宽度方向间隔选择多个采空区测点，再布置同样数目的采场覆岩稳定监测仪；
[0009] 第四步：当监测仪受到采空区上覆岩层压力时，弹簧受力会产生压缩，此时压力传感器记录压力数值，位移传感器记录沉降值，通过顺槽基站采集压力数值和沉降值数据，一般可以每三天采集一次，遇到压力高峰期可以一天采集一次；
[0010] 第五步：通过基站采集来的压力数据和位移数据分别反映了采空区内上覆岩层的应力和沉降变化；以时间为横轴，压力和位移为纵轴，建立压力—时间曲线和位移—时间曲线；
[0011] 第六步：分别分析压力—时间曲线和位移—时间曲线中所示的压力和沉降值的变化，当压力和沉降值的变化趋于稳定后说明采空区覆岩运动也将趋于稳 定，由此可以判断采空区覆岩运动稳定的较为精确的时间点，进而反推得出较为精确的采场覆岩运动稳定状态及周期。
[0012] 本发明的优点是：本发明直接将监测仪器安置于采空区，监测仪器同时可以实时监测采空区上覆岩层压力和沉降值，利用测得数据可以得到采空区上覆岩层的运动稳定状态及时间，从而为确定煤矿无煤柱开采的合理开掘时间提供了决策依据，同时可以利用采空区上覆岩层的运动稳定状态和时间来反推采场的覆岩运动稳定性，为沿空掘巷的合理开掘时间提供了可靠依据。另外，本发明施工简便易行、工艺简单，通过综采支架的间隙人工向采空区内安置监测仪，保证了施工人员的安全；
附图说明
[0013] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0014] 图1为本发明监测系统
实施例的结构图；
[0015] 图2是本发明监测系统在工作面推进至1/2初次来压步距时布置示意图； [0016] 图3是本发明监测系统在工作面推进至1/2工作面宽度时布置示意图； [0017] 图4是本发明监测系统在工作面布置的剖面图；
[0018] 图5是利用本发明监测系统获得的压力—时间曲线示意图；
[0019] 图6是利用本发明监测系统获得的位移—时间曲线示意图。
[0020] 图中：1—无缝钢管，2—无缝钢管，3—压力弹簧，4—压力传感器，5—位移传感器，6—下钢管托盘，7—上钢管托盘，8—数据线，9—基站，10—1#采场覆岩稳定监测仪，11—2#采场覆岩稳定监测仪，12—3#采场覆岩稳定监测仪，13—4#采场覆岩稳定监测仪，14—5#采场覆岩稳定监测仪，15—综采支架；16—采场覆岩稳定监测仪。
[0021] L0是初次来压步距；L是工作面宽度。
具体实施方式
[0022] 如图1所示，本发明监测系统包括采场覆岩稳定监测仪16和基站9，从图中可以看出，采场覆岩稳定监测仪16的主体是一个由上无缝钢管1和下无缝钢管2套接在一起形成的套管，套管上下两端分别固定有上钢管托盘7和下钢管托盘6,；在套管内部设有压力弹簧3，在下无缝钢管2底部设有压力传感器4，压力弹簧4顶部顶在上钢管托盘7，底部顶在压力传感器4上；在下钢管托盘6上固定有位移传感器5，压力传感器4与位移传感器5通过数据线8与外围基站9连接。
[0023] 使用时，上无缝钢管1受压力作用向下滑动，套合部分尺寸增大，压力弹簧3被压缩，压力传感器4和位移传感器5读数发生变化，通过数据线8将数据传至外围基站9。 [0024] 实施例中上无缝钢管1为内管，下无缝钢管2为外管，无缝钢管1套在下无缝钢管2内。但并不代表上钢管必须是内管，在实际中，上无缝钢管1可以为外管，下无缝钢管2为内管，无缝钢管1套在下无缝钢管2之外。
[0025] 本发明监测系统实施例中各部件最佳技术参数如下：
[0026] 上无缝钢管1长度为500mm，内径为180mm，壁厚2mm：
[0027] 下无缝钢管2长度为500mm，内径182mm，壁厚2mm；
[0028] 下钢管托盘6和上钢管托盘7直径均为220mm，厚度均为10mm。
[0029] 利用本发明监测系统对采空区覆岩运动稳定性进行监测和判定的方法如下： [0030] 第一步：如图1和图3所示，在工作面推进至1/2初次来压步距L0时在采 空区内沿工作面宽度方向间隔选择5个采空区测点，通过综采支架15的间隙人工将1#采场覆岩稳定监测仪10安置于距运输顺槽1/8L处采空区内，2#采场覆岩稳定监测仪11安置于距运输顺槽1/4L处采空区内，3#采场覆岩稳定监测仪12安置于距运输顺槽1/2L处采空区内，4#采场覆岩稳定监测仪13安置于距运输顺槽3/4L处采空区内，5#采场覆岩稳定监测仪14安置于距运输顺槽7/8L处采空区内。
[0031] 第二步：所有采场覆岩稳定监测仪通过数据线8与安置在工作面顺槽内的基站9连接，数据线8通过挖沟浅埋的方式由采空区经工作面至基站9；
[0032] 第三步：如图2所示，在工作面继续推进至1/2工作面宽度L时，在采空区内仍然沿工作面宽度方向间隔选择5个采空区测点，同样通过综采支架15的间隙人工将1#采场覆岩稳定监测仪10安置于距运输顺槽1/8L处采空区内，2#采场覆岩稳定监测仪11安置于距运输顺槽1/4L处采空区内，3#采场覆岩稳定监测仪12安置于距运输顺槽1/2L处采空区内，4#采场覆岩稳定监测仪13安置于距运输顺槽3/4L处采空区内，5#采场覆岩稳定监测仪14安置于距运输顺槽7/8L处采空区内；
[0033] 第四步：当采场覆岩稳定监测仪受到采空区上覆岩层压力时，压力弹簧3受力会产生压缩，此时压力传感器4记录压力数值，位移传感器5记录沉降值，通过顺槽基站9采集压力数值和沉降值数据，一般可以每三天采集一次，遇到压力高峰期可以一天采集一次。 [0034] 第五步：通过基站9采集来的压力数据和位移数据分别反映了采空区内上覆岩层的应力和沉降变化；然后以时间为横轴，压力和位移为纵轴，建立压力—时间曲线（见图5）和位移—时间曲线（见图6）。
[0035] 第六步：分别分析压力—时间曲线和位移—时间曲线中所示的压力和沉降值的变化，当压力和沉降值的变化趋于稳定后说明采空区覆岩运动也将趋于稳定，由此可以判断采空区覆岩运动稳定的较为精确地时间点，进而反推得出较为精确的采场覆岩运动稳定状态及周期。
[0036] 从图5和图3中可以看出，当时间为0时，监测仪16刚安置于采空区，此时采空区上覆岩层尚未完全垮落，监测仪16受力较小，当时间坐标到达t0时压力曲线趋向于一条直线，可以判断此时采空区上覆岩层已基本垮落，压力基本趋于稳定。
[0037] 从图6和图3中可以,当时间为0时，监测仪16刚安置于采空区，如图3所示，此时监测仪16刚
接触采空区上覆岩层，位移传感器4的测数尚未发生变化，当时间坐标到达t1时位移曲线逐步减小至趋向于一条直线，可以判断出采空区上覆岩层的沉降已基本没有较大变化，采空区上覆岩层也趋于稳定。
[0038] 由图5和图6得出的结果互相验证可以得出采空区覆岩运动稳定的状态与时间
节点，进而利用矿压理论可以得出采场的覆岩运动稳定性。
[0039] 以上所述，仅为本发明
专利较佳的具体实施方式，但本发明专利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专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。
