[发明专利]一种硬岩环境下采煤工作面采动应力动态监测装置及方法

说明书

本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种硬岩环境下采煤工作面采动应力动态监测装置及方法，包括中空结构的监测管，沿监测管的长度方向的两个侧面间隔布置有若干个薄膜电阻应变片，每个薄膜电阻应变片旁在监测管上均设置有密封塞，每个薄膜电阻应变片均匹配固接有引线，引线远离薄膜电阻应变片的自由端穿过密封塞引入监测管内；引线汇总连接有主导线，该主导线在监测管外依次连接有数据采集仪以及数据处理分析系统；本发明通过将带有薄膜电阻应变片的监测管沿与水平方向呈40‑60°的夹角送入监测钻孔内，然后注入水泥浆，待水泥浆完全硬化后进行采煤工作面上覆岩层采动应力动态实时监测，监测数据准确度高，且具有时效性。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，涉及一种硬岩环境下采煤工作面采动应力动态监测装置及方法。

背景技术

采煤工作面前方上覆岩层存在支撑应力增高区，且随着工作面的推进不断前移。该应力增高区的存在，常常成为诱发冲击地压、煤与瓦斯突出、瓦斯异常涌出等灾害的重要因素，而工作面前方应力增高区的分布往往受到多重因素的影响，如煤层厚度、回采速度、回采方式、采空区处理方法、煤层上覆岩层分布、地质构造等均会影响到工作面前方的支撑应力分布，工作面前方应力增高区的分布规律比较复杂。

目前采煤工作面前方上覆岩层应力场的分析和获取，多通过理论分析、相似模型试验等手段，在应用过程中进行了很大程度简化，与现场实际情况偏差较大，而目前的现场应力监测手段和方法，难以对工作面前方上覆岩层的应力场进行全面、实时监测。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硬岩环境下采煤工作面采动应力动态监测装置及方法，通过在监测钻孔布置带有薄膜电阻应变片的监测管，对上覆岩层的应力分布进行实时监测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种硬岩环境下采煤工作面采动应力动态监测装置，包括中空结构的监测管，沿监测管的长度方向的两个侧面间隔布置有若干个薄膜电阻应变片，每个薄膜电阻应变片旁在监测管上均设置有密封塞，每个薄膜电阻应变片均匹配固接有引线，引线远离薄膜电阻应变片的自由端穿过密封塞引入监测管内；

引线汇总连接有主导线，该主导线在监测管外依次连接有数据采集仪以及数据处理分析系统。

可选的，监测管为多段中空的方形钢管前后端依次通过卡扣连接而成。

可选的，薄膜电阻应变片通过粘结剂固定在监测管的设定位置，粘结剂使用绝缘材料，在应变片与管壁之间起到绝缘效果。

可选的，相邻薄膜电阻应变片之间的间隔距离为2-3m。

可选的，薄膜电阻应变片以及引线位于监测管外壁的部分上套有保鲜膜或透明胶带，用于保护和固定。

一种硬岩环境下采煤工作面采动应力动态监测方法，应用如上述的一种硬岩环境下采煤工作面采动应力动态监测装置，包括以下步骤：

S1：根据设计要求，在采煤工作面的顺槽预先设定的监测位置向采煤工作面上覆坚硬顶板施工监测钻孔；

S2：将引线、主导线、薄膜电阻应变片与监测管进行组装；

S3：将布置好带有薄膜电阻应变片的监测管送入监测钻孔，并使用黄泥进行封孔，然后对监测钻孔进行注浆，在注浆泵通过注浆管将水泥浆缓慢注入监测钻孔过程中，在监测钻孔上部会出现水与水泥浆的分层，当水从监测管流出时，结束注浆；

S4：待水泥浆完全硬化后，数据采集仪开始监测薄膜电阻应变片的电信号，并传输至数据处理分析系统，记录的数据包括应变片电阻值、编号及时间；

S5：数据处理分析系统根据计算公式可计算出不同电阻应变片对应测量位置的法向应力值，进而根据位置关系，可得出最大主应力的大小、方向；