一种矸石充填压实率监测方法

技术领域

本发明涉及一种矸石充填体压实率监测方法，尤其是利用超声波实时监测充填体压实率随工作面推进而变化的方法，属于煤矿绿色充填开采领域。

背景技术

近年来，随着煤炭资源的不断开采，地面的矸石堆积日趋增多，造成了严重的环境污染，对此提出了绿色开采技术，固体充填开采作为绿色开采的一部分，对我国绿色可持续发展具有重大意义。

固体充填技术主要用于“三下”开采，其目的在于防止地面塌陷，保护地面建构筑物，另外，采用矸石充填可减少地面矸石堆积，大多数煤矿将矸石在井下就地处理，并充填入采空区。现阶段，受井下环境复杂性、井下监测条件约束等影响，大多数理论和技术只是针对充填体初步压实的情况进行了探测，对采动过程中覆岩运移对充填体造成的二次压实及之后充填体的变化并没有实际的研究。因此，如何在采空区充填之后实时监测充填体的压实率及承载状态是煤炭充填开采面临的重大问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，完善实施方式，本发明提供了一种矸石充填压实率监测方法，解决开采过程中，充填体压实率的问题，不仅能实时监测充填体受压下的状态，还可提高充填效率。

技术方案：该发明具体技术方案如下：

一种矸石充填压实率监测方法，采用超声波发生装置、合理的监测点布置方式、超声波接收装置及监测数据实时处理软件完成对矸石充填体压实率的监测。

所述超声波发生装置包括超声波发生器、发生探头和导线。发生器接入井下电网，并将电信号传送至各个监测点处，由监测点的发生探头将其转换为超声波，利用超声波能量高、集中性强等特性，可以实现对矸石充填体形态的有效监测。

超声波接收装置用于接收顶板发生探头发出的超声波信号，并将其转变成电信号；一个发生探头发射时，对侧所有接收探头都进行接收，两侧探头都完成发射和接收后即完成一组监测数据的采集，可有效保证监测数据得准确性。

具体实施步骤如下：

1）布孔：在充填支架顶梁前端与煤壁之间超前布置竖直钻孔，顶底板对应位置各布置一个；

3）安装孔内发生探头：首先用导线一端连接发生探头，一端连接超声波发生器，用钻杆将发生探头放入钻孔内，用导线将位于一排的发生探头串联，各排之间采用并联连接，经由总线集成到监测控制端；

4）启动超声波发生器，并设置每隔5min进行一次超声波探测，同时，打开数据分析设备，由接收探头自动接收超声波信号并转换为电信号，经光纤传导至监测数据实时处理软件；

5）利用数据处理软件对所测数据加以处理并采用层析技术进行分析，重建被测范围内充填体的几何形态，由此得出不同时刻矸石充填体的压实率。

所述钻孔深度为换能器轴向长度的1.2~1.5倍，实际应用可根据具体情况进行适当调整；钻孔的间距为4~8m，具体参数可根据工作面长度适当进行调整；钻孔排距由换能器功率和充填体性质决定。

所述发生探头布置在工作面顶板的预开钻孔中，通过监测线缆连接至监测站电源，并接入井下电网，为监测站持续供电，在发生探头尾部及中部分别设置一圈倒钩，使发生探头锚定牢固。

附图说明

图1是超声波设备布置图。

图2是顶底板监测点布置图。

图3是发生探头布置图。

图中，1-超声波发生探头，2-超声波接收探头，3-矸石充填体，4-回风巷道，5-运输巷道，6-数据实时处理设备，7（9）-光纤，8-工作面，，10-超声波发生电源，11-顶板，12-多孔底卸式输送机，13-底板，14-液压支架，15-端头支架，16-实体煤。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明中的技术方案做进一步说明。

本发明提供的矸石充填压实率监测方法，具体步骤如下：

（1）布孔：钻孔超前布置于充填液压支架14顶梁前端与实体煤壁16之间，顶底板对应位置各布置一个，孔深为探头长的1.3倍，可根据具体情况进行适当调整；钻孔的间距为6m，具体参数可根据工作面长度适当进行调整；钻孔排距由探头功率和充填体性质决定。

（2）安装孔内探头：首先用导线7一端连接发生探头，一端连接驱动电源10，用钻杆将探头1放入钻孔内，用导线将位于一排的探头串联，各排之间采用并联连接，经由总线集成到数据分析端；

（3）打开电源10开关，监测控制端设置每隔5min进行一次超声波探测，同时，打开数据分析设备6，由接收探头自动接收超声波信号并转换为电信号；

（4）数据处理设备6对所测数据加以处理并采用层析技术进行反演，重建被测范围内充填体3的几何形态，由此得出不同时刻矸石充填体3的压实率。