[发明专利]一种采空区顶板多点位移同步测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种采空区顶板多点位移同步测量装置及其测量方法，包括壳体、锚爪、钢丝绳、检测顶板沉降的光栅尺位移传感器、若干检测覆岩深部位移的光栅尺位移传感器，无线通信模块和回弹装置；所述检测顶板沉降的光栅尺位移传感器的光栅发射头和标尺光栅分别固定于内筒外壁和保护筒内壁；所述检测覆岩深部位移的光栅尺位移传感器的光栅发射头连接钢丝绳，标尺光栅固定于内筒内壁；所述位移传感器通过无线通信模块向接收主机输出信号。本发明利用采空区顶板各基点的位移变化同时准确计算顶板表面沉降量和覆岩深部位移，并通过无线传输网络和以太网实现数据传输，无需采空区的复杂环境中埋设传输线路。

技术领域

本发明涉及煤矿采空区顶板稳定性监测领域，尤其涉及一种充填开采采空区顶板沉降及覆岩深部位移同步测量装置及测量方法。

背景技术

在煤层开采过程中，由于应力释放或其他采动影响，采空区顶板会产生移动及塌冒，影响安全生产和地层(表)环境；为了防止顶板产生移动及塌冒，目前的办法是，在形成的采空区内用充填体及时充填，达到支撑顶板、减小顶板的垮落和变形、减轻工作面压力、减少覆岩的变形和破坏程度的目的。对采空区顶板和覆岩的运动规律的研究，是充填开采技术发展的关键。

目前研究采空区顶板和覆岩的运动规律，需通过现场监测的方法来评价。其中顶板表面位移和覆岩深部位移是两项重要指标。

采空区顶板沉降量通常采用顶底板间安装套筒式监测装置测量。如中国专利公开号CN204286286U公开了一种充填体位移监测装置，其工作原理是：固定于采空区顶板的内筒通过尺带与固定于外筒中的检测总成连接，通过尺带的伸缩测得顶板沉降量。该装置仅可测得采空区顶板表面沉降量，并不具备测量覆岩深部位移的功能，测量数据无法全面反映上覆岩层运动规律；同时，该装置需要在充填采空区埋设传输线路，埋设过程复杂且给施工人员带来了安全隐患。

中国专利公开号CN203224223U公开了一种基于位移传感器与无线传输的检测围岩离层的装置，其工作原理是：将锚固头固定于不同深度的岩层中，当围岩产生离层时，锚固头相对装置移动产生位移带动位移传感器移动，并通过无线通信模块实时传输到接收主机。该装置安装于顶板表面，由于没有底板基点，无法测得顶板表面沉降量，仅可测得岩层间相对位移，即离层距离。

上述两个文献记载的测量技术均只有单一功能，目前尚不存在一种可以同步测量采空区顶板表面沉降和覆岩深部位移的装置及使用方法。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种采空区顶板多点位移同步测量装置，本装置采用光栅尺高精度位移传感器实现测量功能，不但可同时测量采空区顶板表面位移和覆岩深部多点位移，而且操作方便，数据准确可靠，监测数据通过无线传输，无需采空区埋设线路的复杂过程，避免了长距离传输线路易破坏和施工人员的安全隐患问题。

本发明同时提供利用这种装置对采空区顶板表面位移和覆岩深部位移进行同步测量的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种采空区顶板多点位移同步测量装置，其特征在于，它由采空区顶板沉降测量部分、多套覆岩深部位移测量部分和壳体组成。

所述的壳体是一个筒状结构，主要包括用于随采空区顶板沉降移动的内筒和用于保护和支撑内筒的保护筒，保护筒底部固定在底座上，保护筒腔内底部安置有平衡弹簧，平衡弹簧顶部顶在内筒底部，内筒顶部设有端盖，要求平衡弹簧一直处于压缩状态，使内筒始终与顶板接触，随顶板在保护筒内发生同步移动；内筒和保护筒间设有密封圈。

所述的顶板沉降量测量部分，是在保护筒腔内壁固定有第一光栅尺位移传感器，第一光栅尺位移传感器用于检测采空区顶板沉降位移；第一光栅尺位移传感器的光栅读数头固定于处在保护筒腔内的那段内筒外壁，第一光栅尺位移传感器的标尺光栅固定于保护筒内壁；第一光栅尺位移传感器底端连接有第一无线通信模块，第一无线通信模块将第一光栅尺位移传感器信号转换为数字量并传输至接收主机；