专利名称：采动应力监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种采动应力监测系统，通过在采掘过程中的回采工作面布置应
力传感器，监测回采工作面前方煤岩体应力的变化和采动应力场的变化，从而实现监测工 作面前方支承压力、预测冲击地压的作用，属于煤矿监测监控系统领域。
背景技术：
煤矿井下开掘巷道和进行开采工作称为对煤或围岩的采动，采动发生后，破坏了
原岩体的应力平衡状态，引起岩体内部的应力重新分布，重新分布的应力超过煤、岩的极限
强度时，使巷道或采煤工作面周围的煤、岩发生破坏，并向已采空间移动，直到形成新的应
力平衡状态。采动时作用在围岩中和支护物上的力称为采动应力。采动可能导致煤层顶底
板垮断与破坏、支架折损、片帮冒顶、底鼓等一般的矿山压力现象，也可能导致冲击地压、顶
板大面积来压、岩爆、矿震、煤与瓦斯突出、地表突然塌陷等大的矿山动力现象。 原岩应力对应原岩应力场，采动应力对应采动应力�。啥螅矣αΤ≈辛俳�
已采空间的部分，各点的应力状态都将发生变化，包括大小、方向和垂直应力与水平应力的
比值等。采动应力场是一个动态的、变化的�。绻芄蛔既访宀啥αΤ≡诿貉姨蹇�
过程中的时空演化规律，对评价和预测矿山压力现象、矿山动力现象都具有十分重要的意
义。因此必须实现真正意义上的连续监测。 然而，目前的监测技术只局限于对工作面前方矿山压力的常规监测，即超前支承 压力的监测，超前支承压力是指工作面前方沿工作面推进方向的应力增高部分。 一般是在 巷道里向煤壁一侧打不同深度的钻孔，安装应力传感器，通过应力传感器的监测结果得到 超前支承压力。另外，由于超前支承压力是渐变过程，这样的监测很少进行连续监测。对 超前支承压力的监测由于受到一个钻孔只有一个测点的限制，只能反映一条线上的应力变 化，无法得到工作面前方一个面的应力变化，也无法对应力场的变化进行全面的分析。 鉴于上述现有技术中存在的问题，我们有必要设计一种用于监测煤矿煤岩体应力 的采动应力监测系统，以实现对工作面前方应力场进行全面的分析。
发明内容本实用新型的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种采动应力监测 系统，通过在采掘过程中的回采工作面布置应力传感器，监测回采工作面前方煤岩体应力 的变化和采动应力场的变化，从而实现监测工作面前方支承压力、预测冲击地压的作用。 本实用新型的目的是通过下述技术方案予以实现的 用于监测煤矿煤岩体应力的采动应力监测系统，其特征在于包括主机、矿用系 统接口和至少一个矿用压力监测分站；所述主机与矿用系统接口相接，并通过传输电缆与 各个矿用压力监测分站相连接； 所述主机是该采动应力监测系统的核心，用以对所述各个矿用压力监测分站进行 巡检，采集各个分站的数据；[0010] 所述矿用系统接口是系统的转换接口 ； 所述矿用压力监测分站为该监测系统上的监测节点；每个矿用压力监测分站上至 少连接有一个一孔多点钻孔应力计；该矿用压力监测分站采集各个一孔多点钻孔应力计的 数据，并将其所采集的数据上传至主机。 所述一孔多点钻孔应力计包括一根总输油管；在该总输油管上分别连接有若干三 通接头；每个三通接头上分别连接有一个应力监测终端； 每个应力监测终端包括有液压油缸、压力传感器；所述的液压油缸竖向设置；在 液压油缸的下端一侧连接和接通压力传感器一端的压力信号敏感端；该压力传感器另一端 连接有信号输出引脚；在液压油缸的下端另一侧连接有向液压油缸内输油的单向阀；该单 向阀与输油管相连接，并通过该输油管与所述三通接头相连。 所述压力传感器采用压阻式或电容式压力传感器。 至少有一个所述矿用压力监测分站连接有多个一孔多点钻孔应力计和多个单点 钻孔应力计。 还包括有备用机；该备用机与所述主机并联，作为主机的备份。 还包括有UPS后备电源；该UPS后备电源为一种不间断电源，用以为整个采动应力 监测系统提供不间断的供电。 还包括有避雷器；该避雷器设置在所述矿用系统接口与矿用压力监测分站之间的 传输电缆线路上，以保护控制信号防止雷击。 本实用新型的有益效果是该用于监测煤矿煤岩体应力的采动应力监测系统是通 过应用一孔多点钻孔应力计实现对整个工作面前方进行全面的应力数据采集，从而实现对 整个工作面前方的应力变化进行综合分析，并对各个监测点之间的采样数据进行关联，生 成煤岩体应力变化的等值线云图。
图1为采动应力监测系统的结构示意图； 图2为一孔多点钻孔应力计的结构示意图； 图3为采样点布置示意图； 图4为煤岩体应力变化的等值线云图示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。 图1为该用于监测煤矿煤岩体应力的采动应力监测系统的结构示意图。如图所 示，该采动应力监测系统包括主机1、矿用系统接口 2、和至少一个矿用压力监测分站3。所 述主机1与矿用系统接口 2相接，并通过传输电缆与各个矿用压力监测分站3相连接。 所述主机1是该采动应力监测系统的核心，其安装专用软件后对系统内挂接的矿 用压力监测分站进行巡检，采集各个分站的数据并归类、存储和得出分析报告。 所述矿用系统接口 2是系统的转换接口 。 一般来说，地下监测系统的通讯协议采 用的是CAN总线通讯协议，因此系统连接到地面上的信号为CAN总线信号，需要通过矿用系 统接口 2的转换转变为主机1能够识别的RS232信号。当然，根据监测系统的实际设计需要所可以采用的通讯协议并不仅限于CAN总线通讯协议，因此本专利所保护的范围也不应 仅限于上述具体的转换形式。 所述矿用压力监测分站3主要是作为该监测系统上的监测节点。如图所示，每个 矿用压力监测分站3上至少连接有一个一孔多点钻孔应力计4。该矿用压力监测分站3采 集各个一孔多点钻孔应力计4的数据，并在主机1巡检到该分站时将其所采集的数据上传 至主机1。 应当指出，本专利所设计的采动应力监测系统其重点在于采用了一孔多点钻孔应 力计4替代了传统的单点钻孔应力计进行应力监测。通过使用一孔多点钻孔应力计可以实 现在一个钻孔内同时监测多个监测点的应力变化。这样就可以把监测系统的采样点布置在 整个工作面前方(参见图3)，而非如现有技术只能够监测分布在一条线上的若干监测点的 应力变化。这样就可以通过主机对整个工作面前方的应力变化进行综合分析，并对各个监 测点之间的采样数据进行关联。从而可以得到如图4所示的工作面前方煤岩体应力变化的 等值线云图。我们可以通过这样的云图清楚地看到何处的应力变化最为明显，从而对冲击 地压做出准确的预测。显然，通过本系统监测所得到的等值线云图要比现有技术所获得数 据要更为清晰、直观。 图2为所述一孔多点钻孔应力计的结构示意图。如图所示，该一孔多点钻孔应力 计包括一根刚性的总输油管21。在总输油管21上分别连接有若干三通接头22。每个三通 接头22上分别连接有一个应力监测终端23。每个应力监测终端23包括有液压油缸24、压 力传感器25。该压力传感器25—般选用压阻式或电容式压力传感器。所述的液压油缸24 竖向设置，在液压油缸24的下端一侧连接和接通压力传感器25—端的压力信号敏感端26 ; 该压力传感器25另一端连接有信号输出引脚27。在液压油缸24的下端另一侧连接有向液 压油缸内输油的单向阀28。该单向阀28与输油管29相连接，并通过该输油管29与前述三 通接头22相连。 通过上述结构设计的一孔多点钻孔应力计解决了现有的单点钻孔应力计无法进 行多点测量的问题。 另外，本专利所设计的采动应力监测系统除了设计有上述基本结构外，还设置了 若干用以起到保障作用的部件，具体如下 该采动应力监测系统还包括有备用机5。该备用机5与主机1并联，作为所述主机 1的备份。当主机1出现故障时，备用机5可以代替主机1进行监测。 该采动应力监测系统还包括有UPS后备电源6。该UPS后备电源6为一种不间断
电源，主要用以为整个采动应力监测系统提供不间断的供电，以保障整个系统的安全运行。 该采动应力监测系统还包括有避雷器7。该避雷器7设置在所述矿用系统接口 2
与矿用压力监测分站3之间的传输电缆线路上，以保护控制信号防止雷击。 应当指出的是，本专利虽然以采用了一孔多点钻孔应力计替代传统的单点钻孔应
力计进行应力监测为设计重点。但是，这并不说明本专利所设计的监测系统排斥使用传统
的单点钻孔应力计。事实上，前述矿用压力监测分站3可以同时连接有多个一孔多点钻孔
应力计和多个单点钻孔应力计8，形成两种钻孔应力计混合实施的形式，亦不影响该系统最
终的使用效果。因此，这种以两种钻孔应力计进行混合实施的形式也应在本专利的保护范
围之内。[0037] 综上所述，本专利所设计的用于监测煤矿煤岩体应力的采动应力监测系统是通过 应用一孔多点钻孔应力计实现对整个工作面前方进行全面的应力数据采集，从而实现对整 个工作面前方的应力变化进行综合分析，并对各个监测点之间的采样数据进行关联。本领 域一般技术人员在此设计思想之下，所做的任何不具有创造性的改造，均应视为在本实用 新型的保护范围之内。
权利要求采动应力监测系统，其特征在于包括主机、矿用系统接口和至少一个矿用压力监测分站；所述主机与矿用系统接口相接，并通过传输电缆与各个矿用压力监测分站相连接；所述主机是该采动应力监测系统的核心，用以对所述各个矿用压力监测分站进行巡检，采集各个分站的数据；所述矿用系统接口是系统的转换接口；所述矿用压力监测分站为该监测系统上的监测节点；每个矿用压力监测分站上至少连接有一个一孔多点钻孔应力计；该矿用压力监测分站采集各个一孔多点钻孔应力计的数据，并将其所采集的数据上传至主机。
2. 如权利要求1所述的采动应力监测系统，其特征在于所述一孔多点钻孔应力计包 括一根总输油管；在该总输油管上分别连接有若干三通接头；每个三通接头上分别连接有 一个应力监测终端；每个应力监测终端包括有液压油缸、压力传感器；所述的液压油缸竖向设置；在液压 油缸的下端一侧连接和接通压力传感器一端的压力信号敏感端；该压力传感器另一端连接 有信号输出引脚；在液压油缸的下端另一侧连接有向液压油缸内输油的单向阀；该单向阀 与输油管相连接，并通过该输油管与所述三通接头相连。
3. 如权利要求2所述的采动应力监测系统，其特征在于所述压力传感器采用压阻式 或电容式压力传感器。
4. 如权利要求1或2所述的采动应力监测系统，其特征在于至少有一个所述矿用压 力监测分站连接有多个一孔多点钻孔应力计和多个单点钻孔应力计。
5. 如权利要求l所述的采动应力监测系统，其特征在于还包括有备用机；该备用机与 所述主机并联，作为主机的备份。
6. 如权利要求1所述的采动应力监测系统，其特征在于还包括有UPS后备电源；该 UPS后备电源为一种不间断电源，用以为整个采动应力监测系统提供不间断的供电。
7. 如权利要求l所述的采动应力监测系统，其特征在于还包括有避雷器；该避雷器设 置在所述矿用系统接口与矿用压力监测分站之间的传输电缆线路上，以保护控制信号防止雷击。
专利摘要本实用新型提供了一种采动应力监测系统，包括主机、矿用系统接口和至少一个矿用压力监测分站；所述主机与矿用系统接口相接，并通过传输电缆与各个矿用压力监测分站相连接；所述主机用以对所述各个矿用压力监测分站进行巡检，采集各个分站的数据；所述矿用系统接口是系统的转换接口；所述矿用压力监测分站为该监测系统上的监测节点；每个矿用压力监测分站上至少连接有一个一孔多点钻孔应力计；该矿用压力监测分站采集各个一孔多点钻孔应力计的数据，并将其所采集的数据上传至主机。该采动应力监测系统是通过应用一孔多点钻孔应力计实现对整个工作面前方进行全面的应力数据采集，最终生成煤岩体应力变化的等值线云图。
文档编号G01L1/18GK201486546SQ20092022247
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月7日 优先权日2009年9月7日
发明者付东波, 卢振龙, 宋永斌, 尹希文, 彭永伟, 徐刚, 李春睿, 潘俊锋, 秦海涛, 齐庆新 申请人:天地科技股份有限公司
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