[发明专利]顶板水压致裂多参量综合监测系统及致裂效果判别方法

说明书

本发明提供了顶板水压致裂多参量综合监测系统及致裂效果判别方法，涉及采矿工程技术领域，解决了观测顶板水压致裂效果并确定压裂范围的技术问题，监测设备包括钻孔应力计、锚杆锚索测力计、钻孔窥视仪、顶板监测仪、支架阻力测站、微震测站和围岩变形测站，钻孔应力计设置在回采巷道内，锚杆锚索测力计设置在水压致裂位置周围10m的范围内，钻孔窥视仪包括窥视探头、数据采集仪、位移感应器、盘线圈和延长杆，监测水压致裂范围内的水压致裂前后钻孔裂隙发育状态、巷道变形位移量、微震事件、支架阻力和巷道围岩应力变化判断水压致裂效果和致裂范围，多参量综合监测的可靠性高，水压致裂效果判断准确，还能避免顶板动力灾害保证开采安全。

技术领域

本发明涉及采矿工程技术领域，尤其是一种顶板水压致裂的多参量综合监测系统以及水压致裂效果判别的方法。

背景技术

随着我国煤矿开采矿井逐渐向深部发展，由于深部力学环境复杂和煤岩力学性质发生改变，使得煤矿顶板动力灾害发生的强度和频次明显增加。据统计，在煤矿发生的各类事故中，顶板事故数量及死亡人数所占比例较大，是煤矿事故中的重点防治对象。随着井下采场范围的增大，煤层上方的坚硬顶板如不能随工作面推进而及时垮落，其在工作面后方悬露顶板岩层或侧向采空区侧的坚硬顶板，在上覆岩层自重应力及采动应力作用下发生弯曲变形并积聚能量。当这些弹性能参与到煤层破坏失稳过程中，会导致破碎的煤层具有更多的动能，进而致使煤层冲击危险加大。在这种条件下，如果能够及时改变顶板积聚能量的条件或破坏其连续传递能量的能力，即可降低顶板动压灾害的危险。针对煤层上覆坚硬顶板的弱化治理技术，主要有深孔爆破技术和顶板水力压裂技术两种。其中，顶板深孔卸压爆破技术只能在低瓦斯区域使用，并且存在深孔装药、封孔等工艺难度较大、瞎炮难以处理等制约因素；而顶板水力压裂技术其现场施工设计参数可通过数值模拟和理论计算获得，但压裂的裂纹扩展情况、应力转移规律等压力参数难以获得，进而顶板水力压裂卸压效果评价无法开展。 因此为了更好的对评估顶板水压致裂的效果，优化水压致裂技术参数，需要对现有的监测方法做进一步的改进。

发明内容

为解决可靠的顶板水压致裂效果监测的技术问题，本发明提供了一种顶板水压致裂多参量综合监测系统及致裂效果判别方法，具体技术方案如下。

一种顶板水压致裂多参量综合监测系统，监测系统包括钻孔应力计、锚杆锚索测力计、钻孔窥视仪、顶板监测仪、支架阻力测站、微震测站和围岩变形测站；水压致裂孔的中间的位置设置观测孔；所述钻孔应力计设置在回采巷道内，在水压致裂孔两侧的巷道内分别设置钻孔应力计；所述锚杆锚索测力计设置在水压致裂孔两侧的回采巷道内；所述钻孔窥视仪包括窥视探头、数据采集仪、位移感应器、盘线圈和延长杆；所述顶板监测仪设置在回采巷道内，顶板监测仪监测顶板的顶板离层量和顶板下沉量；所述支架阻力测站包括在工作面内的支架上间隔设置测点；所述微震测站包括全矿井微震监测系统和区域微震监测系统；所述围岩变形测站设置在回采巷道内，监测回采巷道的围岩变形量。

优选的是，钻孔窥视仪的窥视探头设置在延长杆的端部，多个延长杆通过螺纹连接组合加长；所述窥视探头和位移传感器通过数据线和数据采集仪相连；所述盘线圈设置在数据线上，用于收纳数据线；所述数据采集仪记录沿水压致裂孔长度方向上的裂隙。

还优选的是，水压致裂孔两侧20~30m范围内分别设置钻孔应力计；所述锚杆锚索测力计设置在水压致裂孔两侧10m的回采巷道内；顶板监测仪监测顶板至少6m范围内的顶板离层量；所述支架阻力测站包括在工作面内每隔5~8个支架设置一个测点。

还优选的是，锚杆锚索测力计至少4个组成一个监测点，每个监测点的锚杆锚索测力计在巷道顶板上呈“十”字形安装。

优选的是，回采巷道包括回风顺槽和运输顺槽；所述顶板监测仪包括在回采巷道顶板上设置的两个顶板离层监测仪，所述顶板监测仪还包括设置在回采巷道上的顶板下沉量监测仪。

一种顶板水压致裂效果的多参量综合判别方法，利用上述一种顶板水压致裂多参量综合监测系统，步骤包括：