[发明专利]回采工作面煤层底板破坏深度实时监测预警系统及方法

权利要求书

1.回采工作面煤层底板破坏深度实时监测预警系统，其特征在于：包括布置在矿井中每个连巷工作面中的多个钻孔，每个钻孔中分别埋设分布式应变传感光缆并采用浆液注浆密封，矿井中回风顺槽中布置有多个数据采集分站，多个数据采集分站一一对应设置在各个连巷外，每个连巷各个钻孔中的分布式应变传感光缆分别通过通讯线延伸至回风顺槽中与对应的数据采集分站连接，各个数据采集分站通过光缆彼此连接，还包括设置在地面上的多通道分站控制器、应变采集仪、监测台站，各个数据采集分站通过光缆彼此连接后再通过矿用网络与多通道分站控制器连接，监测台站通过应变采集仪与多通道分站控制器连接；各个分布式应变传感光缆采集的数据由对应的数据采集分站采集，再由各个数据采集分站将采集的数据传送至多通道分站控制器，应变采集仪通过多通道分站控制器切换通道以采集不同连巷中分布式应变传感光缆的数据，并由应变采集仪将采集的数据传送至监测台站。

2.根据权利要求1所述的回采工作面煤层底板破坏深度实时监测预警系统，其特征在于：各个连巷工作面中的钻孔依次进行编号。

3.根据权利要求1所述的回采工作面煤层底板破坏深度实时监测预警系统，其特征在于：每个钻孔分别朝向切眼方向并与回采方向平行，钻孔的控制深度应大于理论计算的底板破坏深度h，理论计算的底板破坏深度h由公式(1)计算得到：

h＝0.0085H+0.1665α+0.1079L-4.3579 (1)，

公式(1)中，H为煤层开采高度，L为工作面斜长，α为煤层倾角。

4.根据权利要求1所述的回采工作面煤层底板破坏深度实时监测预警系统，其特征在于：多通道分站控制器一个通道连接一个数据采集分站，多通道分站控制器内部通过程控开关切换各个通道，程控开关切换的依据是每个钻孔测试所需要的时间，该时间则是由应变采集仪设置的采集参数而定。

5.基于权利要求1所述系统的回采工作面煤层底板破坏深度实时监测预警方法，其特征在于：分布式应变传感光缆采集的数据实时传输到监测台站，监测台站中利用相关软件将原始数据转换成数据处理所需格式并导出布里渊频移，根据实际钻孔安装长度截取有效数据，对每组数据依据钻孔编号进行编录，并通过公式(2)进行应变值的求取：

公式(2)中，为布里渊频移-应变系数；ν_B(0)为初始布里渊频移；

定义初始采集背景应变值为ε_ab，其中a代表a#钻孔，b代表背景值，后续采集数据依次记录为ε_a1，ε_a2……ε_an，其中1代表第一次采集，其余钻孔编号同上；数据解编计算完成后进行异常数据点的剔除，然后以背景值为基础与后续采集数据进行做差对比即最后利用相关成图软件进行应变曲线图的绘制；

数据处理完成后所得应变曲线图可反映钻孔穿过各个岩层的应变值，并且通过公式(3)可求得各个应变值所对应的具体层位，公式(3)如下：

L＝ct/(2n)-L₀(3)，

公式(3)中，L₀为钻孔孔口至脉冲光入射端传输光缆的距离；L为分布式应变传感光缆上任意一点至孔口的距离；c为真空中光传播速度；t为脉冲光从发射到接收散射光的双程走时；n为分布式应变传感光缆中光纤纤芯折射率；

判断底板岩层是否破坏的前提是获得底板岩层发生破裂的应变极值，而底板岩性为泥岩、砂岩、砂泥岩、灰岩，通过室内岩石单轴、三轴压裂试验得出其在弹性变化内所能承受的应变极值分别为ε_泥岩、ε_砂岩、ε_砂泥岩、ε_灰岩，当分布式应变传感光缆某点应变值大于其所处层位岩性应变极值时判定为岩层发生破碎，则分布式应变传感光缆某点位于底板下方深度即为底板破坏带最小深度d，且d＝L·sinθ，θ为底板钻孔倾角；此时当d>h₀时，监控系统将发出警报提醒相关人员及时进行处理，达到预防底板突水的目的，h₀为底板隔水层厚度，即煤层底板距灰岩界面的高度。