[发明专利]一种监测充填柱体稳定性的系统和方法

说明书

本发明公开了一种监测充填柱体稳定性的系统和方法，该监测系统包括埋入式应变计和压力盒；在充填柱体内预埋一排应变计和一排压力盒，应变计和压力盒在充填柱体内垂直交叉设置，埋入式应变计和压力盒分别通过支架钢丝固定；在地面配备地面应变信号实时采集系统，埋入式应变计和压力盒的端部连接电缆，数据通过电缆传输到地面的应变信号实时采集系统。本发明采用介入式测量手段，能真实反映充填柱体内部应力应变、塑性区发展情况及残余应力的大小；采用振弦式应变计和振弦式压力盒，安装方便、绝缘防爆性能好、抗干扰能力强、远距离传输不失真，适宜在井下恶劣环境中长期监测。

技术领域

本发明涉及一种监测充填柱体稳定性的系统和方法，属于采矿充填领域。

背景技术

在地下资源开采过程中，为控制地表沉陷，保护生态环境，选择用充填开采的方式进行地下矿产资源开采。随着充填开采的发展，可利用的充填材料日益减少，导致充填成本日益增大，全部充填的压力日益增加，在这种情况下，部分充填被提出和应用，其中包括柱式充填。但是，与全部充填的相比，柱式充填虽节约了充填材料，降低了充填成本，但充填柱体的长期稳定性还有待考证。充填柱体的长期稳定性监测包括变形量、塑性区范围和核心区强度。由于地下采矿环境的复杂性，监测时干扰因素多，目前仍没有长期有效的方法用来监测充填柱体的长期稳定性。

发明内容

本发明旨在提供一种监测充填柱体稳定性的系统和方法，适用于充填开采领域。

本发明提供的一种监测充填柱体稳定性的系统，在充填柱体内预埋一排埋入式应变计和一排压力盒，在地面配备应变信号实时采集系统，数据通过长电缆传输，对充填柱体稳定性进行长期监测。埋入式应变计用于实时监测充填柱体的内部变形，压力盒用于实时监测充填柱体内部塑性区（破坏区）的范围及充填柱体残余强度，两者结合对充填柱体的稳定性进行监测；地面应变信号实时采集系统对监测数据进行实时采集与分析。

所述充填柱体是指在采空区设置的墩柱状充填体，用于控制上覆岩层破坏和地表沉陷；所述墩柱状充填体为高宽比为1-4的棱柱体或高径比为1-4的圆柱体；使用的材料为混凝土材料、膏体充填材料、矸石胶结充填材料、（超）高水充填材料的一种或多种。

本发明提供了一种监测充填柱体稳定性的系统，包括埋入式应变计和压力盒；在充填柱体内预埋一排应变计和一排压力盒，应变计和压力盒在充填柱体内垂直交叉设置，埋入式应变计和压力盒分别通过支架钢丝固定；在地面配备地面应变信号实时采集系统，埋入式应变计和压力盒的端部连接电缆，数据通过电缆传输到地面的应变信号实时采集系统；所述埋入式应变计内置温度传感器，对外界温度影响产生的变化进行温度修正；每个传感器内部有计算芯片，自动对测量数据进行换算而直接输出物理量，减少人工换算的失误和误差；所述压力盒采用振弦理论设计制造，采用全数字检测，利用脉冲激振方式激振；所述地面应变信号实时采集系统由多通道振弦信号采集仪和计算机组成；振弦信号采集仪有多个信号通道用来接收应变信号；计算机用来保存和分析振弦信号采集仪采集的数据，采用计算机上安装的应变测试分析系统配套软件对多通道信号采集仪进行控制，并对监测数据进行采集与保存，将保存的数据导入Excel表格，绘出应变-压力曲线图，即可分析判断充填柱体的稳定性。

上述的系统中，所述压力盒根据不同要求选用相应的型号，配备多通道振弦信号采集仪测量结构体的静态和动力参数，如：应变值、压力值、自振频率、阻力系数、动力系数、振型等；可直接测出测点温度，并能进行温度补偿（温度型）。

进一步地，所述埋入式应变计，尺寸长150mm，中部直径为20mm，量程为3000με，测量精度为1με，使用环境温度：-20℃～﹢80℃，温度范围-20℃～+125℃，测温灵敏度为0.25℃。所述埋入式应变计根据张力弦原理制造，使用频率作为输出信号，抗干扰能力强，远距离输送产生的误差极小；全部元器件进行严格测试和老化筛选，尤其是高低温应力消除试验，增强弦的稳定性和可靠性；另有三防处理，保证在长期恶劣环境中高成活率的问题。