[发明专利]一种煤系上覆岩层移动监测装置及其监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿开采过程中岩层移动监测装置及其监测方法，尤其是一种利用传感器深度监测煤矿回采工作面推进所引起的煤系上覆岩层移动监测装置及其监测方法。

背景技术

煤矿回采工作面推进所引起的上覆岩层移动，造成采动围岩应力场变化是煤矿顶板垮塌事故、煤与瓦斯突出、冲击地压、井下透水事故和地表沉陷灾害的根源，实时检测岩层移动状态是预防灾害事故发生的前提条件和重要手段。

在公开的文献中可以获得的专利有，公开号为CN2153771的一种“无线钻孔多点位移计”，由探测器、测杆、指示器组成的无线钻孔多点位移计，是用探测器将钻孔中磁铁的位置信息转换成频率信号，经调制载波后，通过铝制测杆发射，由指示器接收探测器发出的无线信号，从中解调出携带磁铁位置信息的原低频信号，并用表头指示出磁铁位置，测出岩体变形位移量。是用于矿山巷道围岩、采场顶板、煤柱和边坡等内部不同深度岩体的变形位移量测量的无线测量仪。

在公开的文献中可以获得的专利还有，CN1828220的一种“离层位移监测仪”专利，其含位移传感器和信息采集处理单元，有位移转换轮，连接有光栅环的透明筒，下设小光栅板，发光管和光敏管分处在光栅环和小光栅板外，位移传感器固定壳体上，一根拉力线紧绕在位移转换轮上的线槽上，红外对管输出端连接由单片机控制、显示、声光警报、压频转换、485通信和电源转换模块组成的信息采集处理单元输入端。位移监测仪固定在外岩层上，拉力线固定在内岩层上，拉力线的直线位移通过位移转换轮变成光栅的旋转，通过两光栅之间的相对移动产生的干涉条纹的计量，可以精确的实时测量岩层之间的位移量，计算位移变化速率，用于煤矿、其它矿井、地下工程中对岩体、巷道顶板、支撑柱体等进行现场和远距离实时自动监测。

同时还发现公知的现有技术还有，CN1851426的一种“应力监测仪”专利，包括由应力转换机构、信息转换机构、扫描驱动机构和限位机构组成的应力传感器单元和由单片机、数码显示器和压频转换模块组成的信息采集处理单元，应力转换机构由弹簧座、弹簧和承压柱组成，信息转换机构由扫描臂和扫描臂上安装的红外发光管、红外接收管、小光栅板和长光栅尺组成，扫描驱动机构由移动台、导轨、回位弹簧和记忆弹簧组成，被压柱上的压杆压在移动台上，可以把承压柱上的应力通过光栅的位移转换成电信号，由信息处理单元采集处理，从而检测应力的变化。

上述现有技术的不足之处在于：(1)在煤矿井下巷道或采场内顶板打钻孔，钻孔深度受仪器或设备条件限制只能达到10-15米以内，因此探测范围有限；(2)仪器在安装位置的测量工况受环境变化影响较大，由于井下回采进程的不断推进，所测量的位置由于顶底板变形和跨落导致仪器失效；(3)仪器的安装随采场位置不断变化的影响，不能在一个位置长时测量，这样就无法测量采场通过前岩层的移动变化情况或采场通过后很长一段时间内采空区上方岩层垮落和移动的情况；(4)所测得的岩层移动变化值是一个相对值，没有纳入到三维地理坐标系下，由于巷道或采场也有整体变形的发生，因此测得的数据不能反映测点的实际高程变化；(5)由于井下地质环境的不确定性，传感器是光电、磁或机械装置，安装仪器的钻孔内有淋水或其它因素的存在，测量精度会受到很大影响。

地表移动和变形观测一般采用建立地表移动观测站或者结合空间遥感技术来进行观察测量，而对于煤层上部至地表几百米甚至上千米的岩层内部变化，受其采动影响，还没有一种有效的装置及方法来进行观测其真实的时空变化状态。

发明内容

本发明要解决的问题是实时监测煤矿井下采场上方深部岩层直到地面表土层，受采动影响后岩层的离层位置和离层量。从而提供一种煤系上覆岩层移动监测装置及其监测方法。

本发明一种煤系上覆岩层移动监测装置及其监测方法，采用传感器弹簧的变形用微应变表达的理论方法，微应变值的获得方法，以及基本位移传感器单元的结构组合，传感器组在岩层中布设装置等构成，并配置相应的数据采集和数据后处理装置来实现从地面直接监测到采场煤层顶板直至地表的全序列岩层和表土层的移动，实现其目的的技术方案如下：

本发明所述的一种煤系上覆岩层移动监测装置，包括传感器监测装置、数据采集装置、地面光学测量装置，其区别特征在于：