一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统，根据采空区与地表建筑物的相对位置关系在地面上确定监测和预警区域，在区域中钻设检测孔，检测孔沿着地下钻至检测区域内，通过检测孔对检测区域内进行监测，可有效的对区域下方采空区之间的煤柱失效进行监测，以及起到预警的作用；提高了房柱式、短壁式开采形成的采空区活化监测性和预警性，本发明专利技术成本相对较低，且采用了自动续航及自动采集技术，可长期使用，节约了需投入的人力及物力，进而提高了生产效率。进而提高了生产效率。进而提高了生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统


[0001]本专利技术涉及采空区悬顶灾害自动监测
，具体为一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统。

技术介绍

[0002]当前有很多工程项目要从煤矿采空区附近通过；对于长壁式开采的煤矿，一般采用全部垮落法管理顶板，其地质灾害基本在开采期间就已经发生并结束，对拟建工程项目的安全隐患较小，治理起来较简单。但是对于短壁式开采、房柱式开采的煤矿来说，如图1所示，因其覆岩未充分垮落或基本无垮落，后期存在采空区活化的可能，对拟建工程项目的安全隐患大，主要表现在：
[0003]此类采空区埋深一般较浅，在开采煤层时留设煤柱支撑顶板，采煤工作面较小，回采率低；煤柱随时间或环境条件的改变可能产生风化失效，未充分垮落或基本无垮落的覆岩失去支撑，进而导致采空区活化如图2所示。
[0004]采空区活化后将形成新的“三带”，进而导致顶板垮落及地表移动变形的发生，破坏地面建筑及设施，甚至引发斜坡灾害(滑坡、崩塌、不稳定边坡)、泥石流、矿震、煤层自燃、水位下降等其它地质灾害。
[0005]近年来，大面积悬顶采空区灾害发生导致的矿震及次生问题十分严重，仅陕北地区每年要发生矿震10次左右，最大震级4.2级，严重影响当地居民正常生产和生活，制约着矿区开发的可持续发展；由此可见，煤矿采空区大面积悬顶灾害监测及预警工作迫在眉睫。
[0006]因此，此类采空区急需一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统，以便及时做出预警及现场避灾处置，减少或避免损失。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中短壁式开采、房柱式开采的煤矿因其覆岩未充分垮落或基本无垮落，后期存在采空区活化的可能，对拟建工程项目存在安全隐患大的问题，本专利技术提供一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法及系统，采用检测系统监测并预警工程附近的采空区活化及其变形破坏过程，以便为工程决策及避灾提供依据，进而及时做出预警及现场避灾处置，减少或避免损失。
[0008]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0009]一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法，包括如下步骤：
[0010]步骤1，在地面上确定所需要进行监测和预警的若干预警区域，若干所述预警区域的地下均存有采空区，且在采空区至地面之间的岩层处布置检测区域；其中若干预警区域所对应的采空区之间存在煤柱；
[0011]步骤2，在每个预警区域处钻设检测孔，检测孔沿着地下钻至检测区域内，通过检测孔对检测区域内进行监测；
[0012]步骤3，对检测区域进行初次检测并记录初值，待检测数据稳定后，进行监测及预
警工作；当检测数据没有增大或突变时，则该预警区域所对应的采空区之间的煤柱没有发生失效，采空区稳定；当检测数据发生增大时，则煤柱失效，监测到采空区上部的检测区域范围逐渐增大；当检测数据发生突变时，则采空区上部的检测区域突增，检测区域即将发生垮落，实现预警工作。
[0013]优选的，检测区域由采空区至地面之间的岩层处由低至高依次包括垮落带、裂隙带和弯曲变形带。
[0014]进一步的，检测孔在地下通过钻孔得到的岩芯来判断检测孔所钻至检测区域的位置，其中检测孔钻至裂隙带的位置处时则立即终止钻孔。
[0015]进一步的，在裂隙带和弯曲变形带内沿着检测孔的竖直方向上依次埋设有若干应力传感器，通过应力传感器对检测区域进行监测。
[0016]更进一步的，检测孔所预埋若干应力传感器之间间距布置，应力传感器之间的传输线均预留产生变形的空间。
[0017]更进一步的，检测孔预埋若干应力传感器后采用水泥浆固定封实若干应力传感器，且检测孔内若干应力传感器之间采用细砂回填捣实。
[0018]优选的，所述采空区为短壁式开采、房柱式开采所形成的采空区，采空区宽度一般为6
‑
8m，煤柱宽度一般为4m。
[0019]一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警系统，用于实现上述所述的一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法，包括控制器，所述控制器的输入端连接信号输入模块，控制器的输出端连接人机交互模块和开关控制模块；所述信号输入模块装配在若干应力传感器上，所述人机交互模块装配在采集单元上，所述开关控制模块装配在电源单元上。
[0020]优选的，电源单元和采集单元分别在地面上设置，若干所述应力传感器分别电源连接至电源单元和采集单元。
[0021]优选的，采集单元为采集基站，采集基站获取若干应力传感器所检测的数据进行监测和预警，所述电源单元为太阳能电板，用于对若干应力传感器提供电能。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0023]本专利技术提供了一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法，根据采空区与地表建筑物的相对位置关系在地面上确定监测和预警区域，在区域中钻设检测孔，检测孔沿着地下钻至检测区域内，通过检测孔对检测区域内进行监测，可有效的对区域下方采空区之间的煤柱失效进行监测，以及起到预警的作用；提高了房柱式、短壁式开采形成的采空区活化监测性和预警性，本专利技术成本相对较低，且采用了自动续航及自动采集技术，可长期使用，节约了需投入的人力及物力，进而提高了生产效率。
[0024]进一步的，检测孔在地下通过钻孔得到的岩芯来判断检测孔所钻至检测区域的位置，同时通过检查孔观察记录掉钻、漏水、返浆、漏风等情况，以确保采空区上方垮落带、裂隙带和弯曲变形带的实际高度，其中检测孔钻至裂隙带的位置处时则立即终止钻孔；如果发生能超钻现象，可采用黏土回填捣实。
[0025]进一步的，在裂隙带和弯曲变形带内沿着检测孔的竖直方向上依次埋设有若干应力传感器，通过应力传感器对检测区域进行监测，可根据监测裂隙带和弯曲变形带的应力数据判断采空区之间煤柱的失效性，提高了监测性。
[0026]更进一步的，检测孔所预埋若干应力传感器处均按一定间距布置，各传感器的传输线不可直线连接，均需预留足够的变形空间，避免传输线拉断影响检测结果。
[0027]更进一步的，检测孔预埋若干应力传感器后采用水泥浆固定封实若干应力传感器，且检测孔内若干应力传感器之间采用细砂回填捣实，提高了若干应力传感器在检测孔中的稳定性。
[0028]一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警系统，通过控制器有效的对地面下的采空区之间的煤柱失效进行监测和预警，根据自动监测期间传感器数据的变化情况，可以判断采空区的稳定状态，进而实现对采空区悬顶灾害进行监测及预警，达到减轻灾害危害的目的。
[0029]进一步的，采集单元为采集基站，提高了对数据信息的采集效率，从而有效的判断采空区的稳定状态，起到预警作用；电源单元为太阳能电板，采用太阳能电板为传感器及数据采集装置提供工作电源，解决了多数场地的引电困难及长期用电问题，使本装置可适用于条件苛刻的多种场地。
附图说明
[0030]图1为房柱式、短壁式采空区“三带”示意图；
[0031]图2为煤柱失效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，在地面上确定所需要进行监测和预警的若干预警区域，若干所述预警区域的地下均存有采空区，且在采空区至地面之间的岩层处布置检测区域；其中若干预警区域所对应的采空区之间存在煤柱；步骤2，在每个预警区域处钻设检测孔(4)，检测孔(4)沿着地下钻至检测区域内，通过检测孔(4)对检测区域内进行监测；步骤3，对检测区域进行初次检测并记录初值，待检测数据稳定后，进行监测及预警工作；当检测数据没有增大或突变时，则该预警区域所对应的采空区之间的煤柱没有发生失效，采空区稳定；当检测数据发生增大时，则煤柱失效，监测到采空区上部的检测区域范围逐渐增大；当检测数据发生突变时，则采空区上部的检测区域突增，检测区域即将发生垮落，实现预警工作。2.根据权利要求1所述的一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法，其特征在于，所述检测区域由采空区至地面之间的岩层处由低至高依次包括垮落带、裂隙带和弯曲变形带。3.根据权利要求2所述的一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法，其特征在于，所述检测孔(4)在地下通过钻孔得到的岩芯来判断检测孔(4)所钻至检测区域的位置，其中检测孔(4)钻至裂隙带的位置处时则立即终止钻孔。4.根据权利要求2所述的一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法，其特征在于，在裂隙带和弯曲变形带内沿着检测孔(4)的竖直方向上依次埋设有若干应力传感器(3)，通过应力传感器(3)对检测区域进行监测。5.根据权利要求4所述的一种煤矿采空区大面积悬顶灾害自动监测预警方法，其特征在于，所述检测孔(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕远强，赵金刚，曹冬冬，胡勇，
申请(专利权)人：中煤西安设计工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：