[发明专利]一种顶板安全矿压监测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及顶板安全矿压监测技术领域，具体是一种顶板安全矿压监测方法及装置，能

够普遍适用于地下开采矿井中巷道或硐室的顶板安全矿压监测。

背景技术

我国是能源大国，而煤炭占一次性能源比例超过70%，尤其是煤化油技术在我国的两大煤炭基地神东和潞安的成熟应用，煤炭资源的重要性已经提升到国家安全的战略性地位上来。2010年我国的原煤产量超过30亿吨，2011年我国原煤生产总量达35.2亿吨，同比增加8.7%，约占世界产量的一半，我国煤炭工业确保了能源供需总体平衡，为“十二五”经济社会发展良好开局作出了积极贡献。我国煤炭开采年限己经有几千年的历史，煤炭是我国的主要能源及重要的工业原料，而几乎95%的煤炭资源来自井下开采，因此，建设一批新的大型、特大型矿井己是国家经济建设和发展的必须。而且随着国民经济的发展，对煤炭的需求日益增加，浅部煤炭资源在部分地区已经开始枯竭，而新兴的能源在很长一段时间内不能满足我国经济发展所需能源的要求。因此，实现煤炭资源的可持续发展，提高产量的出路在于开采那些赋存条件差、埋藏很深的煤炭资源，这就意味着今后的采掘工作将在高地应力、围岩条件很差的环境中进行，开采深部煤炭资源即深井开采是我国未来煤炭发展的唯一方向。

在矿体没有开采之前，岩体处十平衡状态。当矿体开采后，形成了地下空间，破坏了岩体的原始应力，引起岩体应力重新分布，并一直延续到岩体内形成新的平衡为止。在应力重新分布过程中，使围岩产生变形、移动、破坏，从而对工作面、巷道及围岩产生压力。通常把由开采过程而引起的岩层运动对支架围岩所产生的作用力，叫做矿山压力简称矿压。而在矿压作用下所引起的一系列力学现象，如顶板下沉和垮落、底板鼓起、片帮、支架变形和损坏、充填物下沉压缩、煤岩层和地表移动、露天矿边坡滑移、冲击地压、煤与瓦斯突出等现象，均称之为矿山压力显现。顶板下沉和垮落等矿山压力显现是矿山压力作用的结果和外部表现。

井下开采随着开采深度的增加，煤层赋存条件复杂多变，顶板破坏严重，顶板事故比重和频度相对增加。近年来，煤矿开采过程中的重大安全事故频繁发生，给人民生命财产造成巨大损失。以2009年为例，全国顶板事故起数805起，占事故总数的49.8%，死亡人数939人，占死亡总人数的35.7%，在各类煤矿事故中，矿压引起的事故仍居前位。随着生产能力的提高、开采强度的增大和向深部开采转移，矿压问题越来越凸现。顶板下沉、垮落引起事故均是矿压作用的结果，因此，进行矿压的有效检测对人们的生命安全及矿井的安全生产至关重要。

我国几乎所有煤矿都面临开采顶板、底板、围岩安全性评价问题，而这些问题往往由于局限于相对落后的监测手段和信息处理技术而被忽略，这是矿压管理不到位的主要原因。矿压监测尤为重要，没有矿压监测，支护安全就没有保障；没有矿压监测支护缺失严密性，支护参数无法及时修正，其合理性无法验证。

随着开采技术的日趋成熟，现如今，巷道顶板矿压监测内容主要分为巷道位移监测、顶板离层监测、锚杆受力监测、深部位移监测等。顶板矿压监测的数据体现着顶板的安全性，一般地，人们往往通过单方面的巷道表面位移监测或顶板离层监测或锚杆受力监测或深部位移监测来判别顶板安全性，抑或考虑到锚杆受力监测的精密性，为避免其他监测对锚杆监测造成附近应力集中而影响锚固力监测，从而少有多种矿压监测的共同耦合，这往往会导致因正在监测部分因素数据显示顶板正常，而忽略未监测因素已导致顶板具有失稳危险，从而误认为顶板安全，以致造成不必要的事故伤亡，给人身安全和矿井安全生产造成严重威胁。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术中的不足，提供一种顶板安全矿压监测方法及装置，结构简单、抗干扰能力强、通过顶板锚固力、离层量和下沉数值的综合比对分析，以复合多指标精细、准确判断顶板安全的矿压耦合监测方法。

本发明是以如下技术方案实现的：一种顶板安全矿压监测方法，

（1）对于顶板离层，以多因素分析法的顶板离层临界值U_d为顶板安全临界状态指标；

（2）对于平均锚固载荷，以实践经验法的0.3P_d为顶板安全临界状态指标，其中P_d为设计锚固力；

（3）对于顶板整体下沉，以标准下沉量取值估算法的顶板下沉量临界值S为顶板安全临界状态指标；

（4）基于锚固载荷、离层和下沉的耦合，以其复合指标判别顶板安全状态，对顶板安全进行预警预测；具体安全状态判断如下：