利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2023112114996
申请人: 山东能源集团有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种沿空巷道顶板覆岩、煤柱监测系统,其特征在于,包括顶部测站、煤柱综合测站、顶板应力测站和上位机;

在下煤层设置第一工作面,第一工作面上平巷留设煤柱,煤柱上布置若干个煤柱综合测站;

在下煤层于第一工作面的一侧设置第二工作面,煤柱位于第一工作面上平巷和第二工作面下平巷之间;

上煤层位于下煤层的上方,上煤层设置第三工作面,第三工作面设置有若干个联络巷,所述联络巷布置若干个顶部测站;

在采区大巷于第一工作面与第二工作面之间煤柱的顶板处布置若干个顶板应力测站;

所述上位机通过信号线缆分别连接顶部测站、煤柱综合测站、顶板应力测站的控制端,在第一工作面回采期间,顶部测站、煤柱综合测站和顶板应力测站对第一工作面采空区的顶板覆岩和煤柱进行持续监测;

在第一工作面回采完成后,在第二工作面掘进或者第二工作面回采期间,顶部测站、煤柱综合测站和顶板应力测站对第一工作面采空区的顶板覆岩和煤柱进行持续监测。

2.根据权利要求1所述的一种沿空巷道顶板覆岩、煤柱监测系统,其特征在于,所述顶部测站包括顶板离层测站和覆岩运移迹线测站;

联络巷的底板布置若干个顶板离层测站,每个顶板离层测站设置有一个多点位移计;

所述多点位移计由联络巷的底板向第一工作面布置,多点位移计的传感器设置于第一工作面的直接顶岩层内;

联络巷的底板布置若干个覆岩运移迹线测站,每个覆岩运移迹线测站设置有一个阵列式位移计;所述阵列式位移计由联络巷的底板向第一工作面和第二工作面之间的煤柱布置,阵列式位移计的传感器设置于第一工作面的直接顶岩层内。

3.根据权利要求1所述的一种沿空巷道顶板覆岩、煤柱监测系统,其特征在于,所述煤柱综合测站包括煤柱应力测站、煤柱内部水平位移测站和煤柱内部竖直变形测站;

每个煤柱应力测站设置有一个一孔多点式钻孔应力计,一孔多点式钻孔应力计的传感器布置于煤柱内部;

每个煤柱内部水平位移测站设置有一个多点位移计,多点位移计的传感器布置于煤柱内部;

每个煤柱内部竖直变形测站设置有一个阵列式位移计,阵列式位移计的传感器布置于煤柱内部。

4.根据权利要求1所述的一种沿空巷道顶板覆岩、煤柱监测系统,其特征在于,所述顶板应力测站设置有一个一孔多点式钻孔应力计,所述一孔多点式钻孔应力计由采区大巷向煤柱上方的顶板设置,一孔多点式钻孔应力计沿煤柱布置方向平行布置。

5.根据权利要求1所述的一种沿空巷道顶板覆岩、煤柱监测系统,其特征在于,所述第三工作面位于第一工作面斜上方且第三工作面的长度小于第一工作面的长度。

6.一种沿空巷道顶板覆岩、煤柱监测方法,其特征在于,应用权利要求1至5任意一项所述的沿空巷道覆岩、煤柱监测系统,该方法包括以下步骤:步骤1、在联络巷的底板布置顶板离层测站和覆岩运移迹线测站,煤柱内部设置煤柱应力测站、煤柱内部水平位移测站和煤柱内部竖直变形测站,第一工作面与第二工作面之间煤柱的顶板处布置顶板应力测站,上位机控制顶板离层测站、覆岩运移迹线测站、煤柱内部设置煤柱应力测站、煤柱内部水平位移测站、煤柱内部竖直变形测站和顶板应力测站处于监测状态;

步骤2、在第一工作面回采期间,顶板离层测站持续监测第一工作面采空区的覆岩运动、破断数据,用于确定覆岩破断层位、破断块体长度、覆岩三带范围;

覆岩运移迹线测站持续监测第一工作面采空区的覆岩运移迹线,用于确定破断后各岩层的转动角度及转动速度,并进一步确定覆岩结构运动对煤柱的加载模式;

煤柱应力测站监测煤柱应力分布形态及演化数据,并确定塑性区范围、弹性核区位置;

煤柱内部水平位移测站监测不同位置处煤柱水平位移,用于确定煤柱内部裂隙位置及扩展演化规律;

煤柱内部竖直变形测站监测不同位置处煤柱压缩变形,结合煤柱应力测站数据,确定煤柱塑性区范围、弹性核区位置;

顶板应力测站监测顶板应力分布及演化数据,结合覆岩运动迹线测站数据,确定覆岩结构运动对煤柱的加载模式;

步骤3、在第一工作面回采完成后,进行第二工作面掘进,在第二工作面掘进期间,顶板离层测站持续监测第一工作面采空区的覆岩运动、破断数据,用于确定覆岩破断层位、破断块体长度、覆岩三带范围 ;

覆岩运移迹线测站持续监测第一工作面采空区的覆岩运移迹线,用于确定破断后各岩层的转动角度及转动速度,并进一步确定覆岩结构运动对煤柱的加载模式;

煤柱应力测站监测煤柱应力分布形态及演化数据,并确定塑性区范围、弹性核区位置;

煤柱内部水平位移测站监测不同位置处煤柱水平位移,用于确定煤柱内部裂隙位置及扩展演化规律;

煤柱内部竖直变形测站监测不同位置处煤柱压缩变形,结合煤柱应力测站数据,确定煤柱塑性区范围、弹性核区位置;

顶板应力测站监测顶板应力分布及演化数据,结合覆岩运动迹线测站数据,确定覆岩结构运动对煤柱的加载模式;

步骤4、在第二工作面掘进完成后,进行第二工作面回采,在第二工作面回采期间,顶板离层测站持续监测第一工作面采空区的覆岩运动、破断数据,用于确定覆岩破断层位、破断块体长度、覆岩三带范围,并监测第二工作面回采期间对第一工作面采空区覆岩运动的超前影响范围;

覆岩运移迹线测站持续监测第一工作面采空区的覆岩运移迹线,用于确定破断后各岩层的转动角度及转动速度,并进一步确定覆岩结构运动对煤柱的加载模式;

煤柱应力测站监测煤柱应力分布形态及演化数据,并确定塑性区范围、弹性核区位置;

煤柱内部水平位移测站监测不同位置处煤柱水平位移,用于确定煤柱内部裂隙位置及扩展演化规律;

煤柱内部竖直变形测站监测不同位置处煤柱压缩变形,结合煤柱应力测站数据,确定煤柱塑性区范围、弹性核区位置;

顶板应力测站监测顶板应力分布及演化数据,结合覆岩运动迹线测站数据,确定覆岩结构运动对煤柱的加载模式;

步骤5、根据第一工作面回采期间、第二工作面掘进和第二工作面回采期间,顶板离层测站、覆岩运移迹线测站、煤柱应力测站、煤柱内部水平位移测站、煤柱内部竖直变形测站和顶板应力测站收集的数据,绘制煤柱在不同工作期间,处于不同位置煤柱的应力分布曲线和变形演化曲线及覆岩运移迹线,进一步确定第一工作面采空区的覆岩运动对煤柱应力和变形分布的影响及覆岩结构运动破坏过程。