CN206074155U - 一种准分布式工作面底板多场测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种准分布式工作面底板多场测试装置，包括若干个相互连接的测试单元，每个测试单元包括应力传感器、温度传感器，应力传感器与温度传感器之间通信光缆并联，应力传感器和温度传感器两端设有转接头，应力传感器与温度传感器相对端转接头安装有不锈钢管连接成一体，应力传感器与温度传感器和非相对端的转接头上也安装有不锈钢管；根据需要选用合适数量的测试单元连接成测试装置，所有测试单元之间相并联。本实用新型能够进行多场多点位的数据采集，一方面可以增加采集数据量，另一方面还可以进行探测区域多参数的对比，加大了数据可信度，提高了测试精度；根据实际钻孔深度，合理增加或减少传感器的数量，便于施工现场的灵活操作。

Description

一种准分布式工作面底板多场测试装置

技术领域：

本实用新型涉及煤层回采工作面底板多场(应力应变场、温度场)测试方法与技术，尤其涉及一种准分布式工作面底板多场测试装置。

背景技术：

现如今煤炭仍然是我国的主导能源，在一次能源消费和生产结构中比重分别占76%和66%。我国煤炭资源丰富与长期的旺盛需求导致煤炭开发以每年10~25 m 的速度向深部快速转移，华北、华东大部分矿井的开采深度都已达到800~1000 m，其中47 对矿井深度超过1 000 m。

随着矿井深部化发展，一系列矿山地质灾害愈加严重，如高地压、地温，岩爆，矿井底板水害等，其中尤以底板突水最为严重，因为华北许多深部化开采煤层工作面底板离奥灰水较近，一旦采动效应引起底板破坏导通下部灰岩含水层将发生矿井水害。因此需要对回采工作面底板破坏进行有效探测，然而引起底板破坏及突水的因素较多无法全面分析，但是二者的发生必将导致内部物理场发生变化，可以选取有效的参数进行监测，完成超前预报实现破坏深度的测量及突水的防治。

现有底板破坏探测及底板温度测量的方法：（1）设计单孔注放水及多回路动态注放水；（2）设计常规单点压力传感测试计；（3）设计常规单点温度测试传感器；（4）设计放水孔进行水温、流量的直接测试等方法。综上测试***的布置受环境影响较大，并且数据量相对较少无法进行多点多参数测量。

实用新型内容：

为了弥补现有技术问题，本实用新型的目的是提供一种准分布式工作面底板多场测试装置，可实现底板岩层应力应变及温度的多点多参数测量，可实现底板矿压的实时监测以及突水前期的有效预测预报。

本实用新型的技术方案如下：

准分布式工作面底板多场测试装置，其特征在于，包括若干个相互连接的测试单元，每个测试单元包括应力传感器、温度传感器，应力传感器与温度传感器之间通信光缆并联，应力传感器和温度传感器两端设有转接头，应力传感器与温度传感器相对端的转接头安装有不锈钢管连接成一体，应力传感器与温度传感器和非相对端的转接头上也安装有不锈钢管；根据需要选用合适数量的测试单元连接成测试装置，所有测试单元之间相并联。

所述的准分布式工作面底板多场测试装置，其特征在于，所述的应力传感器采用ZH3钻孔应力传感器，温度传感器采用NTC温度传感器。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型改变以往表面附着的方法利用钻孔植入的将传感器送入底板内部，使得二者有效耦合大大提高传感器的存活率以及数据的可靠性；

2、本实用新型应力应变及温度传感器的准分布式设计，能够进行多场多点位的数据采集，改变现存的单点单一变量的采集方法，一方面可以增加采集数据量，另一方面还可以进行探测区域多参数的对比，加大数据的可信度，同时提高测试精度；

3、本实用新型组合式测试装置可根据实际钻孔深度，合理增加或减少传感器的数量，便于施工现场的灵活操作。

附图说明：

图1为本实用新型测试单元的结构示意图。

图2为本实用新型两个测试单元构成的测试装置结构示意图。

图3为本实用新型的安装示意图。

附图标记：图3中，A、破坏带；B、完整岩石带；C、地下水导升带；h1、破坏带深度；h2、完整岩石带厚度；h3、地下水导升带厚度。

具体实施方式：

参见附图：

准分布式工作面底板多场测试装置，包括若干个相互连接的测试单元，每个测试单元包括应力传感器1、温度传感器2，应力传感器1与温度传感器2之间通信光缆5并联，应力传感器1和温度传感器2两端设有转接头3，应力传感器1与温度传感器2相对端的转接头安装有不锈钢管4连接成一体，应力传感器与温度传感器和非相对端的转接头上也安装有不锈钢管4；根据需要选用合适数量的测试单元连接成测试装置，所有测试单元之间相并联。

应力传感器1采用ZH3钻孔应力传感器，温度传感器2采用NTC温度传感器。

本实用新型利用并联多个柱状ZH3钻孔应力传感器以及NTC温度传感器，并结合底板钻孔植入的方法，构建准分布式多场变化测量的装置***。通过对工作面回采后底板变形破坏所引起的应力应变及温度场的变化开展准分布式的数据采集与分析，并对测试结果进行详细的解释与预报，实现承压水上开采煤层的底板突水的预测预报，为矿井安全高效生产和防水煤岩柱的留设提供科学有效的技术指导。

针对要解决相关地质问题，本实用新型形成如下技术***：

1、测试元件：测试装置包括多个传感器（ZH3钻孔应力传感器、NTC温度传感器）、不锈钢管、转接头、HYA 型通信电缆等。首先将通信光缆与传感器连接，然后通过转接头将两类传感器、不锈钢管互相连接，在连接处为了保证牢固采用特制胶水进行封堵，期间可根据钻孔实际深度随意增加和减少不锈钢管及传感器的数量。

2、测试***：测试装置中的两类传感器采用相间布设并联的方式进行组装，其中在植入钻孔之前对每个传感器都进行标定点位，便于后期深度范围内数据的查询，其次根据理论计算出理论破坏深度范围，在此范围内采用密集型布设传感器的方法，最终由钻孔植入的方法将测试装置送进钻孔内部，并将通讯电缆与采集主机连接完成后期数据的采集。

3、数据分析：数据采集完成后，经过相关处理后选取初始应力应变及温度值作为背景数据，后期采集的数据均与其做差分析，可得随着回采工作面的不断推进，底板岩层应力应变的变化，以及根据现有的水文地质特征和原始地温资料，分析是否有底部灰岩水上涌的可能。

4、底板多场评价：承压水上开采煤层的矿井，在采动效应及其他矿压的影响下工作面底板将发生不同程度的破坏，一旦破坏裂隙导通底部含水层将有发生突水的可能。当底板发生破坏时，其内部的应力应变场必将发生变化，因此可根据ZH3钻孔应力传感器实时监测的应变数据分析底板破坏深度，同时在NTC温度传感器的控制下可监测底板温度场的实时变化，因为受地温梯度的影响深度灰岩水可达到50℃左右的高温，一旦发生突水底板温度场将发生一定的变化。根据监测的数据进行分析成图，当应力应变值突然增大时所绘制的曲线图应该会陡增，这时我们可以判定此范围内的破坏程度较大，同理温度场曲线的突然增大也意味着可能发生突水。因此，结合实际的矿井数据，根据监测的多场变化值对底板破坏进行监测，有效预测预报底板突水的可能性。

Claims (2)

1.一种准分布式工作面底板多场测试装置，其特征在于，包括若干个相互连接的测试单元，每个测试单元包括应力传感器、温度传感器，应力传感器与温度传感器之间通信光缆并联，应力传感器和温度传感器两端设有转接头，应力传感器与温度传感器相对端的转接头安装有不锈钢管连接成一体，应力传感器与温度传感器和非相对端的转接头上也安装有不锈钢管；根据需要选用合适数量的测试单元连接成测试装置，所有测试单元之间相并联。

2.根据权利要求1所述的准分布式工作面底板多场测试装置，其特征在于，所述的应力传感器采用ZH3钻孔应力传感器，温度传感器采用NTC温度传感器。