本發(fā)明涉及一種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，適用于煤礦井下安全監(jiān)測(cè)使用的采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

采場(chǎng)礦壓主要取決于采場(chǎng)覆巖性質(zhì)及運(yùn)動(dòng)，研究采場(chǎng)礦壓一般性規(guī)律與異常現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系和地表沉陷與坍塌問(wèn)題離不開對(duì)采場(chǎng)覆巖運(yùn)動(dòng)的研究，關(guān)于采場(chǎng)覆巖結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)的研究中，砌體梁理論及相應(yīng)巖層控制的關(guān)鍵層理論的接受度最高、應(yīng)用最為廣泛。隨著實(shí)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，采場(chǎng)頂板覆巖運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)日益完善，由觀測(cè)地點(diǎn)的不同分為井下觀測(cè)和井上觀測(cè)。井上觀測(cè)則是一種觀測(cè)位置任意、范圍全面、動(dòng)態(tài)觀測(cè)的理想觀測(cè)方法，主要通過(guò)地面鉆孔實(shí)現(xiàn)，可以在鉆孔內(nèi)布置位移觀測(cè)點(diǎn)或利用鉆孔窺視技術(shù)進(jìn)行覆巖運(yùn)動(dòng)觀測(cè)，這對(duì)解決地表沉陷問(wèn)題和對(duì)認(rèn)清采動(dòng)覆巖破斷運(yùn)動(dòng)對(duì)井下礦壓的作用機(jī)制，完善采場(chǎng)礦壓控制理論，可以掌握覆巖各關(guān)鍵層的破斷運(yùn)動(dòng)對(duì)井下礦壓的作用規(guī)律和影響程度，實(shí)現(xiàn)采場(chǎng)礦壓的科學(xué)控制具有重要意義。

現(xiàn)有的多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在很多的問(wèn)題，對(duì)于通過(guò)鋼絲繩張拉式多點(diǎn)位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，每次只能下放一個(gè)測(cè)點(diǎn)，且下放工序繁多，需要現(xiàn)場(chǎng)人員較多，受鉆孔深度和孔內(nèi)表面光滑程度影響，局限性比較大，向深孔下放測(cè)點(diǎn)時(shí)，容易出現(xiàn)斷線和纏繞問(wèn)題，操作復(fù)雜，工作量大，測(cè)點(diǎn)不可控，而且位移測(cè)量數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性；無(wú)法對(duì)采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移作出科學(xué)測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)的不足之處，提供一種切實(shí)可行，安裝操作簡(jiǎn)單，一次性下放，測(cè)點(diǎn)可控，對(duì)多個(gè)不同深度的垂直位移和水平位移進(jìn)行測(cè)量，監(jiān)測(cè)和預(yù)警一體化的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)量和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)安全預(yù)警的采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，包括設(shè)置在被測(cè)采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移區(qū)域地面鉆孔中的多測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置和設(shè)在地面上鉆孔口處的監(jiān)測(cè)箱；

所述多測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置包括多段套管，套管兩端設(shè)有活動(dòng)卡盤，套管與套管之間通過(guò)活動(dòng)卡盤相互連接，套管內(nèi)設(shè)有吊繩和多根內(nèi)通鋼絲繩的多根PVC管，所述的多根PVC管一端分別通過(guò)設(shè)在活動(dòng)卡盤上的中間通孔固定在兩個(gè)活動(dòng)卡盤中間，構(gòu)成測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)活動(dòng)卡盤之間通過(guò)緊固螺栓連接緊固，多根PVC管的另一端與監(jiān)測(cè)箱內(nèi)部相連接；

所述監(jiān)測(cè)箱包括固定在采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移區(qū)域地面鉆孔處的殼體，殼體內(nèi)設(shè)有多個(gè)位移數(shù)據(jù)采集處理裝置、基于GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)短信發(fā)送單元和蓄電池，其中位移數(shù)據(jù)采集處理裝置包括順序連接的位移數(shù)據(jù)采集單元、位移傳感器和數(shù)據(jù)處理和分析單元，蓄電池與位移數(shù)據(jù)采集處理裝置和基于GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)短信發(fā)送單元相連接并為其供電，多根PVC管中的鋼絲繩的分別與位移數(shù)據(jù)采集單元相連接。

所述活動(dòng)卡盤為不銹鋼材質(zhì)，包括卡盤體，卡盤體中央設(shè)有通孔，背部為圓柱形，卡盤體上有螺紋孔，活動(dòng)卡盤直徑要比鉆孔直徑小8-9cm，中間通孔直徑根據(jù)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)來(lái)確定。

套管選用PVC塑料管，抗拉強(qiáng)度低，易于隨巖層移動(dòng)而發(fā)生破壞，從而不影響內(nèi)部巖移數(shù)據(jù)的測(cè)量，其內(nèi)部直徑要稍大于活動(dòng)卡盤中央通孔直徑，布置在上下兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間，實(shí)現(xiàn)與活動(dòng)卡盤間的密封，防止當(dāng)全孔注漿時(shí)注漿漿液進(jìn)入活動(dòng)卡盤，影響各測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確測(cè)量。

所述基于GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)短信發(fā)送單元和收集單元為GSM模塊，具體為西門子TC35I模塊。

一種采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移檢測(cè)方法，其步驟如下：

a.在被測(cè)區(qū)域地面向采動(dòng)覆巖垂直鉆孔直至采場(chǎng)上方直接頂埋深所在位置，利用吊繩將多測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置放入鉆孔，隨著下放過(guò)程將內(nèi)通鋼絲繩的PVC管固定在上下兩個(gè)套管的活動(dòng)卡盤之間，直至采場(chǎng)頂板覆巖主，亞關(guān)鍵層所在位置；

b.利用注漿設(shè)備從鉆孔底部由下至上進(jìn)行注漿封孔，使各個(gè)測(cè)點(diǎn)與采動(dòng)覆巖固結(jié)為一體，選用內(nèi)徑8mm、外徑12mm、注漿壓力為0.5-0.8Mpa的一次性注漿管，根據(jù)壓力來(lái)調(diào)節(jié)注漿速度，并且應(yīng)調(diào)整漿液濃度，加快漿液凝固時(shí)間；

c.當(dāng)采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖層出現(xiàn)移動(dòng)時(shí)，套管隨巖層移動(dòng)而發(fā)生剪斷和拉斷，設(shè)置在套管內(nèi)與采動(dòng)覆巖固結(jié)為一體的各個(gè)測(cè)點(diǎn)隨巖層一起發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)或者水平運(yùn)動(dòng)，隨即帶動(dòng)PVC管中的鋼絲繩發(fā)生相應(yīng)的位移；

d.利用位移數(shù)據(jù)經(jīng)位移傳感器采集與其相連接的各個(gè)鋼絲繩的位移信息，位移信息通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析單元將計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)巖層移動(dòng)速度和準(zhǔn)確位移值，再通過(guò)GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)短信發(fā)送單元發(fā)送到具有短信接收單元的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心，便可檢測(cè)出采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移結(jié)果，并反饋到預(yù)警裝置提醒工作人員，同時(shí)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心也會(huì)將實(shí)時(shí)巖移數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)云端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，方便遠(yuǎn)程管理中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施指導(dǎo)。

具有短信接收單元的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心，分析和處理數(shù)據(jù)后反饋到預(yù)警裝置，對(duì)實(shí)時(shí)采集的內(nèi)部巖移數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分析，在計(jì)算機(jī)中預(yù)先設(shè)置內(nèi)部巖移范圍參數(shù)，當(dāng)具有短信接收單元的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心傳來(lái)的內(nèi)部巖移數(shù)據(jù)超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)，計(jì)算機(jī)便會(huì)發(fā)出報(bào)警提示。

有益效果：本發(fā)明可以確保在監(jiān)測(cè)采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移時(shí)，由于整套設(shè)備在地面完成組裝，操作可控性提高；整體一次性下放，簡(jiǎn)化了很多工序和現(xiàn)場(chǎng)操作的復(fù)雜性，可以一次性下放的測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)較多，實(shí)現(xiàn)了測(cè)點(diǎn)數(shù)量可控；受鉆孔深度和孔內(nèi)表面光滑程度影響較小，根據(jù)整個(gè)裝置的自重和注漿深度條件，可用于最大鉆孔深度800m；向深孔下放測(cè)點(diǎn)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)斷線和纏繞問(wèn)題，各個(gè)測(cè)點(diǎn)所測(cè)的采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移均是完全獨(dú)立的被測(cè)量下來(lái)，使得測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，減少了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所用設(shè)備本身對(duì)采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移測(cè)量結(jié)果的影響；而且需要現(xiàn)場(chǎng)工作人員較少，人員成本低；對(duì)鉆孔的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，測(cè)量精度高，操作簡(jiǎn)單；可以對(duì)多個(gè)不同深度的覆巖內(nèi)部巖層的垂直位移和水平位移進(jìn)行測(cè)量，監(jiān)測(cè)和預(yù)警一體化，實(shí)時(shí)覆巖內(nèi)部巖移數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程共享，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)量和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移作出了科學(xué)測(cè)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖。

圖2是本發(fā)明的監(jiān)測(cè)箱內(nèi)部配置平面圖。

圖3是本發(fā)明的計(jì)算機(jī)云端與遠(yuǎn)程預(yù)警裝置連接示意圖。

圖中：1-活動(dòng)卡盤；2-PVC管；3-套管；4-緊固螺栓；5-監(jiān)測(cè)箱；6-位移數(shù)據(jù)采集單元；7-位移傳感器；8-數(shù)據(jù)處理和分析單元；9-基于GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)短信發(fā)送單元；10-具有短信接收單元的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心；11-蓄電池；12-吊繩.

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步描述：

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移監(jiān)測(cè)系統(tǒng),包括設(shè)置在被測(cè)采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移區(qū)域地面鉆孔中的多測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置和設(shè)在地面上鉆孔口處的監(jiān)測(cè)箱5；

所述多測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置包括多段套管3，套管3兩端設(shè)有活動(dòng)卡盤1，所述活動(dòng)卡盤1為不銹鋼材質(zhì)，包括卡盤體，卡盤體中央設(shè)有通孔，背部為圓柱形，卡盤體上有螺紋孔，活動(dòng)卡盤直徑要比鉆孔直徑小8-9cm，中間通孔直徑根據(jù)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)來(lái)確定；套管3與套管3之間通過(guò)活動(dòng)卡盤1相互連接，套管3內(nèi)設(shè)有吊繩14和多根內(nèi)通鋼絲繩的多根PVC管2，所述的多根PVC管2一端分別通過(guò)設(shè)在活動(dòng)卡盤1上的中間通孔固定在兩個(gè)活動(dòng)卡盤1中間，構(gòu)成測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)活動(dòng)卡盤1之間通過(guò)緊固螺栓4連接緊固，多根PVC管2的另一端與監(jiān)測(cè)箱5內(nèi)部相連接；套管3選用PVC塑料管，抗拉強(qiáng)度低，易于隨巖層移動(dòng)而發(fā)生破壞，從而不影響內(nèi)部巖移數(shù)據(jù)的測(cè)量，其內(nèi)部直徑要稍大于活動(dòng)卡盤1中央通孔直徑，布置在上下兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間，實(shí)現(xiàn)與活動(dòng)卡盤1間的密封，防止當(dāng)全孔注漿時(shí)注漿漿液進(jìn)入活動(dòng)卡盤1，影響各測(cè)點(diǎn)的準(zhǔn)確測(cè)量；

所述監(jiān)測(cè)箱5包括固定在采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移區(qū)域地面鉆孔處的殼體，殼體內(nèi)設(shè)有多個(gè)位移數(shù)據(jù)采集處理裝置、基于GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)短信發(fā)送單元9和蓄電池11，其中位移數(shù)據(jù)采集處理裝置包括順序連接的位移數(shù)據(jù)采集單元6、位移傳感器7和數(shù)據(jù)處理和分析單元8，蓄電池11與位移數(shù)據(jù)采集處理裝置和基于GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)短信發(fā)送單元9相連接并為其供電，所述基于GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)短信發(fā)送單元9和收集單元為GSM模塊，具體為西門子TC35I模塊，多根PVC管2中的鋼絲繩的分別與位移數(shù)據(jù)采集單元6相連接。

一種采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移檢測(cè)方法，其步驟如下：

a.在被測(cè)區(qū)域地面向采動(dòng)覆巖垂直鉆孔直至采場(chǎng)上方直接頂埋深所在位置，利用吊繩12將多測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置放入鉆孔，隨著下放過(guò)程將內(nèi)通鋼絲繩的PVC管2固定在上下兩個(gè)套管3的活動(dòng)卡盤1之間，直至采場(chǎng)頂板覆巖主，亞關(guān)鍵層所在位置；

b.利用注漿設(shè)備從鉆孔底部由下至上進(jìn)行注漿封孔，使各個(gè)測(cè)點(diǎn)與采動(dòng)覆巖固結(jié)為一體，選用內(nèi)徑8mm、外徑12mm、注漿壓力為0.5-0.8Mpa的一次性注漿管，根據(jù)壓力來(lái)調(diào)節(jié)注漿速度，并且應(yīng)調(diào)整漿液濃度，加快漿液凝固時(shí)間；

c.當(dāng)采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖層出現(xiàn)移動(dòng)時(shí)，套管3隨巖層移動(dòng)而發(fā)生剪斷和拉斷，設(shè)置在套管3內(nèi)與采動(dòng)覆巖固結(jié)為一體的各個(gè)測(cè)點(diǎn)隨巖層一起發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)或者水平運(yùn)動(dòng)，隨即帶動(dòng)PVC管2中的鋼絲繩發(fā)生相應(yīng)的位移；

d.利用位移數(shù)據(jù)經(jīng)位移傳感器7采集與其相連接的各個(gè)鋼絲繩的位移信息，位移信息通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析單元8將計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)巖層移動(dòng)速度和準(zhǔn)確位移值，再通過(guò)GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)短信發(fā)送單元發(fā)送到具有短信接收單元的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心10，便可檢測(cè)出采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移結(jié)果，并反饋到預(yù)警裝置提醒工作人員，同時(shí)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心也會(huì)將實(shí)時(shí)巖移數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)云端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，方便遠(yuǎn)程管理中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施指導(dǎo)。

具有短信接收單元的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心10，分析和處理數(shù)據(jù)后反饋到預(yù)警裝置，對(duì)實(shí)時(shí)采集的內(nèi)部巖移數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分析，在計(jì)算機(jī)中預(yù)先設(shè)置內(nèi)部巖移范圍參數(shù)，當(dāng)具有短信接收單元的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心10傳來(lái)的內(nèi)部巖移數(shù)據(jù)超過(guò)這個(gè)范圍時(shí)，計(jì)算機(jī)便會(huì)發(fā)出報(bào)警提示。

實(shí)際工作中各個(gè)施工說(shuō)明

鉆孔：在所要監(jiān)測(cè)采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移區(qū)域，由井下礦壓、內(nèi)部巖移、地表沉陷綜合起來(lái)確定地面鉆孔的位置和數(shù)目，再結(jié)合鉆孔難易程度和鉆孔深度來(lái)確定工程時(shí)間，在孔口處做地面平整和硬化處理，在所有測(cè)點(diǎn)下方前，用測(cè)斜儀和鉆孔電視來(lái)確定鉆孔的傾斜度和光滑度。

將已經(jīng)在地面組裝好的部分裝置由地面吊機(jī)通過(guò)與第一個(gè)活動(dòng)卡盤1相連接的吊繩12一次性下放，隨著第一個(gè)活動(dòng)卡盤1下放，其上方的套管3也跟著同步下移，但套管3長(zhǎng)度不易太長(zhǎng)，一方面不方便運(yùn)輸，組裝，另一方面下放過(guò)程中比較困難，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間選用多節(jié)套管3，利用下放套管3的自重達(dá)到各節(jié)套管3間的密封，當(dāng)下放到第二個(gè)測(cè)點(diǎn)時(shí)，在孔口處由專門人員安裝活動(dòng)卡盤1，然后重復(fù)之前步驟，直至所有測(cè)點(diǎn)下放完畢。

注漿封孔：將注漿泵、攪拌機(jī)、貯漿槽等設(shè)備固定在鉆孔周圍適當(dāng)位置建立注漿泵站，選用全液壓，體積小、重量輕特點(diǎn)的高壓注漿機(jī)和2.5～4m3/h攪拌量的攪拌機(jī)，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)該泵的壓力排量可以任意調(diào)定，根據(jù)試驗(yàn)配制水泥漿，水灰比為0.6，強(qiáng)度較大，通過(guò)一次性注漿管從下往上注入水泥漿，當(dāng)采動(dòng)覆巖與鉆孔內(nèi)漿液固結(jié)為一體后封孔，然后進(jìn)行孔口處地面監(jiān)測(cè)箱安裝。

地面監(jiān)測(cè)：地面監(jiān)測(cè)箱的安裝和固定如圖2所示，監(jiān)測(cè)箱的尺寸由所安裝的測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)確定，邊長(zhǎng)尺寸范圍80—120cm，厚度3mm，監(jiān)測(cè)箱5底部中間留有長(zhǎng)度為25cm的圓柱形通孔，通孔內(nèi)部直徑稍大于鉆孔外部直徑，監(jiān)測(cè)箱5固定在鉆孔口處，將內(nèi)部位移數(shù)據(jù)采集單元6與每個(gè)測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的PVC管內(nèi)通鋼絲繩管連接，并固定在監(jiān)測(cè)箱5內(nèi)部，另一端與位移傳感器7相接，將內(nèi)部巖移數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理和分析單元8，經(jīng)基于GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)短信發(fā)送模塊9發(fā)送到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心10，整個(gè)監(jiān)測(cè)箱5內(nèi)部硬件由固定在內(nèi)部的蓄電池11通過(guò)電纜供電。

如圖3所示，預(yù)警裝置：所述的基于GPRS傳輸網(wǎng)絡(luò)的短信發(fā)送模塊9，用于把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心10，通過(guò)預(yù)先設(shè)置相關(guān)參數(shù)，當(dāng)傳送來(lái)的內(nèi)部巖移數(shù)據(jù)達(dá)到或超過(guò)軟件設(shè)置值時(shí)，計(jì)算機(jī)將會(huì)發(fā)出預(yù)警提示，此軟件能實(shí)時(shí)對(duì)采集的內(nèi)部巖移數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析；同時(shí)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心也會(huì)將實(shí)時(shí)巖移數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)云端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，方便遠(yuǎn)程管理中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施指導(dǎo)。