[发明专利]一种煤柱稳定性分布式监测系统及方法

说明书

本发明涉及一种煤柱稳定性分布式监测系统及方法，系统包括用于监测煤柱受力的应变数据采集系统、用于数据传输的数据传输系统、用于信号解析处理的数据解析系统、用于分析表达的数据分析系统、用于预警决策的预警系统；本发明通过将分布式光纤传感装置植入煤柱内部，感知煤柱在回采过程中受力情况及其在采动影响下的稳定性状况，钻孔长度范围内开展分布式监测，数据采集完成即可形成实时结果，高效、直观的进行煤柱的稳定性分析与评价，能够适应井下不同类型煤柱内力特征、稳定性状态的分析，给出保护煤柱在采动影响下的干扰深度，为煤柱留设参数优化提供科学的技术指导，解决煤柱留设主要依靠经验的难题。

技术领域

本发明涉及矿业工程煤柱稳定性探查系统及方法，具体是一种基于分布式光纤测试技术的煤柱稳定性分布式监测系统及分析评价方法。

背景技术

煤柱是工作面回采过程中为保留巷道空间或者控制上覆地层沉降而保留的一块保持自然状态的煤体，是井工开采煤炭资源中一个非常重要的结构。同时，为了合理开采煤炭资源，保护建（构）筑物、水体、铁路等需要，煤柱留设也是一项必不可少工作。因此，评估留设煤柱稳定性、内力状态对于矿井安全生产至关重要。

目前关于煤柱稳定性分析方法主要有理论计算、数值模拟方法、室内试验、现场实测等方法。由于实际煤层赋存状况下煤柱受力复杂多样、非均匀应力分布、非均质煤岩、弱结构面煤岩（煤岩裂隙）等情况的存在，使得理论计算和数值模拟获得结果往往不够全面，特别是在煤层回采之后煤层上部荷载条件发生改变，以及顶板覆岩垮落引起矿压的变化，各个煤柱的受载情况也将随之改变，理论计算和数值模拟的结果会存在偏差。室内试验多以对煤柱岩芯进行分析，其脱离了原岩环境，从煤岩岩性、强度进行分析，对于整个煤柱受力情况而言，还存在很多不确定性，其判定效果在上覆岩层发生沉降后判定能力会有所不足。现场实测结果最为准确、直接，但是目前实测多以常规位移传感器、压力传感器等电子元件作为测试感知材料，例如CN109307534A公开的预留煤柱稳定性监测装置，也是利用多点位移传感器和压力传感器作为测试感知材料，这些传感器实际测试中常由于受潮、受压、进水、进尘等因素，发生损坏，存在测试稳定性差的情况。由此可见上述方法均不能全面而准确的探查煤柱受力特征和稳定性状态。

有鉴于此，发明一种可靠度高、测量精度高、稳定性好的煤柱稳定性探查监测系统和方法尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的缺陷，提供一种可靠度高、测量精度高的煤柱稳定性探查监测系统及方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明一方面提供了一种煤柱稳定性分布式探查监测系统，包括：应变数据采集系统、数据传输系统、数据解析系统、数据分析系统和预警系统，所述应变数据采集系统通过数据传输系统与所述数据解析系统连接；

其中，应变数据采集系统，用于监测煤柱受力的应变，包括导入装置、固定定位装置、分布式应变感测光缆和温度补偿装置，分布式应变感测光缆和温度补偿装置通过导入装置和固定定位装置设置于煤柱钻孔内；

数据传输系统，用于数据传输，包括转接器1、跳线装置、转接器2和通讯协议模块；

数据解析系统，用于信号解析处理，包括光纤解调仪、预处理模块和处理模块，所述光纤解调仪基于通讯协议模块通过跳线装置与所述分布式应变感测光缆和温度补偿装置连接，光纤解调仪对信号解析换算成数据，

数据分析系统，用于信号处理数据分析，包括带有显示装置的监控服务器、预处理模块、处理模块、表达模块、数据分析模块和结果评价模块，所述监控服务器通过传输线与光纤解调仪连接，基于获得的应变数据通过预处理模块进行初步判断，通过处理模块进行处理加工，经表达模块和数据分析模块完成表达和结果评价；

预警系统，用于预警决策，包括决策中心和指挥中心，基于分析系统的表达和结果评价，给出安全、警示和危险的预警。