煤礦多功能綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用研究

《煤礦多功能綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)

開(kāi)發(fā)及應(yīng)用研究》項(xiàng)目鑒定匯報(bào)

同煤集團(tuán)技術(shù)中心山西德先科技有限公司

山東科技大學(xué)2014年3月1煤礦多功能綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用研究目標(biāo)與意義1.1我國(guó)煤礦安全現(xiàn)狀（1）中國(guó)煤礦的安全形勢(shì)日趨好轉(zhuǎn)（2）煤礦安全事故總體死亡人數(shù)在下降，但一次特大型事故死亡人數(shù)有所上升。（3）涉及到煤礦采掘工作面安全事故（如瓦斯、頂板、水、火等）的預(yù)防與控制沒(méi)有取得突破性進(jìn)展1.2煤礦現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)技術(shù)及存在問(wèn)題 1）氣體檢測(cè)技術(shù) 2）水位檢測(cè)技術(shù) 3）溫度檢測(cè)技術(shù) 4）傳感技術(shù)現(xiàn)狀 5）采動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀 6）巷道松動(dòng)圈測(cè)試方法1.3本課題研究的必要性及意義

礦用光纖檢測(cè)技術(shù)對(duì)于煤礦安全檢測(cè)技術(shù)的本質(zhì)安全性，多功能等方面將產(chǎn)生重要突破，也將成為瓦斯突出、頂板變形、水災(zāi)等煤礦安全隱患遠(yuǎn)的程在線檢測(cè)的重要技術(shù)手段。光纖傳感器綜合布置于井下，利用光纖傳感器無(wú)需供電、抗腐蝕、抗干擾等特點(diǎn)，當(dāng)井下發(fā)生災(zāi)害致使供電系統(tǒng)癱瘓時(shí)，可以通過(guò)傳輸光纜直接將井下應(yīng)急信息傳輸?shù)骄暇C合分析系統(tǒng)中。煤礦安全光纖檢測(cè)及應(yīng)急信息系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，將對(duì)提高我國(guó)煤礦安全技術(shù)水平，減少人員傷亡和大型事故的發(fā)生，建設(shè)和諧社會(huì)和提高工礦企業(yè)工作環(huán)境及安全系數(shù)，具有重要的社會(huì)意義。1.4課題研究目標(biāo)及技術(shù)路線 1.4.1研究目標(biāo)

項(xiàng)目基于光纖溫度、氣體、水位、壓力傳感器及煤體應(yīng)力傳感器，研究了一個(gè)高穩(wěn)定性、高精度的采空區(qū)火災(zāi)、水位預(yù)測(cè)預(yù)警、礦壓等應(yīng)急通信及信息系統(tǒng)。建立了煤礦現(xiàn)場(chǎng)多參數(shù)綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)、以便建立煤礦多參數(shù)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，為預(yù)防煤礦災(zāi)害提供基礎(chǔ)。

頂板壓力狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、頂板沉降離層安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煤體松動(dòng)聲波測(cè)試 1.4.2技術(shù)路線

在光纖煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，本項(xiàng)目立足光纖煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)測(cè)的重大需求，針對(duì)礦山重大災(zāi)害多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，以采空區(qū)氣體、頂板壓力狀態(tài)、水位、頂板離層、溫度為重點(diǎn)研究對(duì)象，探討煤礦重大災(zāi)害威脅安全開(kāi)采的重大科學(xué)問(wèn)題，揭示煤礦開(kāi)采重大災(zāi)害的成災(zāi)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，研究基于光纖傳感技術(shù)的重大災(zāi)害過(guò)程信息監(jiān)測(cè)新技術(shù)和新方法，并建立遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)安全在線預(yù)測(cè)和決策支持體系。本項(xiàng)目將運(yùn)用工程力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、采礦學(xué)、數(shù)學(xué)、微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、光電子學(xué)等多學(xué)科理論，采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、室內(nèi)測(cè)試、數(shù)值與物理模擬實(shí)驗(yàn)等多種試驗(yàn)方法，對(duì)煤礦開(kāi)采重大災(zāi)害的監(jiān)測(cè)監(jiān)控、光纖傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法、信息集中采集和傳輸技術(shù)等進(jìn)行深入研究，力爭(zhēng)對(duì)煤礦開(kāi)采重大災(zāi)害過(guò)程信息進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)安全在線監(jiān)控、預(yù)警，取得重大突破。

課題組首先與廠家合作，研制精度高、有一定初撐力、連續(xù)、遠(yuǎn)距離、自動(dòng)記錄與分析等能力的煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，然后在塔山礦8105工作面停采線與1070回風(fēng)大巷之間的中間巷兩側(cè)煤體內(nèi)布置煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，和聲波測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試工作，最后對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，進(jìn)一步驗(yàn)證本項(xiàng)目的煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并給出合理的停采煤柱寬度建議。2煤礦多功能綜合監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)2.1煤礦安全綜合監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

本項(xiàng)目主要是基于光纖傳感技術(shù)研發(fā)光纖水位、光纖氣體、光纖點(diǎn)式溫度、光纖壓力及離層綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，以及采動(dòng)煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及煤體松動(dòng)聲波測(cè)試技術(shù)，從而根據(jù)需要形成適用于煤礦現(xiàn)場(chǎng)的礦用安全綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.1.1光纖光柵技術(shù)圖2.1光纖光柵基本結(jié)構(gòu)圖2.2光纖光柵傳輸譜圖

2.1.2礦用光纖頂板壓力監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)表2.1系統(tǒng)組成圖2.3礦用光纖光柵壓力傳感器

2.1.3光纖氣體監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)圖2.4基于激光的光纖氣體檢測(cè)原理圖圖2.5高靈敏度氣體諧波法檢測(cè)原理框圖表2.3系統(tǒng)組成采空區(qū)氣體濃度監(jiān)測(cè)技術(shù)指標(biāo)： 1.CH4：測(cè)量范圍：0-10%；分辨率：0.1%；精度：±0.5%；響應(yīng)時(shí)間：≤60s；校準(zhǔn)周期：6個(gè)月。 2.一氧化碳（CO）：測(cè)量范圍：0~10000ppm；分辨率：100ppm；精度：±2%FS；響應(yīng)時(shí)間：≤60s；校準(zhǔn)周期：6個(gè)月。

2.1.4光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)表2.4系統(tǒng)組成圖2.6YGSJ660(A)礦用光纖光柵解調(diào)儀圖2.7礦用光纖溫度傳感器

2.1.5光纖水位監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)圖2.8光纖水位傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖2.9膜片在給定載荷下模中心位移0.14mm的仿真圖圖2.11光纖水位傳感器照片圖2.12光纖光柵水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成圖

2.1.6采動(dòng)煤體應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)技術(shù) 2.1.7煤體松動(dòng)聲波測(cè)試技術(shù)圖2.13測(cè)試原理圖2.2煤礦安全綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng) 2.2.1煤礦光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成及特點(diǎn)圖2.13測(cè)試原理圖圖2.16微震實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線圖2.17皮帶機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線圖2.18光纖瓦斯監(jiān)測(cè)曲線圖2.19光纖多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)報(bào)表 2.2.2采動(dòng)煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成及特點(diǎn)圖2.20液壓式鉆孔應(yīng)力計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)組成 2.2.3煤體松動(dòng)聲波測(cè)試系統(tǒng)組成及特點(diǎn)圖2.21聲波單孔測(cè)試法

圖2.22聲波雙孔測(cè)試法38105采空區(qū)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)研究3.18105工作面工程概況 3.1.1礦井概況

同煤集團(tuán)塔山煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為15Mt/a，是同煤集團(tuán)開(kāi)采石炭系煤層的第一對(duì)礦井。主采煤層為石炭二疊煤層3#～5#煤層，是3#、5#合并煤層，厚度11.1～31.7m，平均19.4m。由于煌斑巖的侵入破壞，煤層受熱變質(zhì)或硅化，使煤層結(jié)構(gòu)與煤質(zhì)趨于復(fù)雜化，煤層由下向上依次為4m厚垂直節(jié)理發(fā)育煤層、6m厚傾斜節(jié)理發(fā)育煤層、5m厚層理發(fā)育煤層、2m厚破裂煤層和不到1m的破碎煤，上部為1～4m的硅化變質(zhì)煤層。煤層節(jié)理間距在15～25cm，主節(jié)理間距1.0～1.2m，節(jié)理傾角55°。屬于典型的特厚復(fù)雜破碎煤層條件。塔山礦3#～5#煤層采用綜放一次采全高采煤法，由于一次采出煤層厚度大，頂板冒落高度及裂隙帶高度顯著增大，支承壓力影響范圍增大。

3.1.28105工作面概況圖3.18105工作面位置示意圖圖3.23#～5#煤層頂?shù)装逯鶢顖D3.28105工作面采空區(qū)光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)布置及施工圖3.38105工作面采空區(qū)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)施工簡(jiǎn)圖圖3.5礦壓傳感器安裝圖圖3.6礦壓傳感器安裝圖圖3.7頂板離層傳感器安裝示意圖圖3.8頂板離層傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝圖圖3.9水位傳感器施工簡(jiǎn)圖3.38105工作面中間巷內(nèi)煤體應(yīng)力計(jì)的布置及安裝3.3.1采煤煤體應(yīng)力測(cè)試儀器（a）KJ216-F2本安型監(jiān)測(cè)分站

（b）液壓式鉆孔應(yīng)力傳感器圖3.10液壓式鉆孔應(yīng)力計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)組成3.3.28105工作面之間巷內(nèi)煤體應(yīng)力測(cè)試儀器布置圖3.11應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖表3.1側(cè)幫應(yīng)力計(jì)鉆孔位置

3.3.38105工作面之間巷內(nèi)煤體應(yīng)力安裝方式

煤巖鉆孔應(yīng)力傳感器采用直徑55mm水平鉆探安裝。①首先通過(guò)鉆機(jī)將鉆孔打出，用風(fēng)或水壓清洗鉆孔，將應(yīng)力傳感器的受力面朝上用推桿將傳感器緩慢推入。②將壓力傳感器與油管末端的快速插頭連接好，并插好U形銷。旋轉(zhuǎn)截止桿，打開(kāi)截止閥，將手動(dòng)泵（或其他泵源）的出油管連接至注油口，手動(dòng)泵升壓至3.0MPa，旋轉(zhuǎn)截止桿，關(guān)閉截止閥，然后卸除手動(dòng)泵壓力，移除手動(dòng)泵連接到注油口上的油管。③固定好壓力傳感器、變送器。將壓力傳感器的輸出信號(hào)電纜，按信號(hào)順序接入到三通接線盒。3.48105工作面中間巷聲波測(cè)試儀器及安裝

3.4.1巷道圍巖松動(dòng)圈聲波測(cè)試儀

圖3.12ZW/BA-Ⅱ礦用超聲波圍巖松動(dòng)圈測(cè)試儀圖3.13封孔器結(jié)構(gòu)示意圖3.4.28105工作面之間巷圍巖松動(dòng)圈聲波測(cè)試系統(tǒng)布置圖3.45鉆孔布置圖圖3.15聲波探測(cè)鉆孔示意圖表3.2聲波測(cè)試鉆孔具體位置48105采空區(qū)綜合監(jiān)測(cè)及測(cè)試結(jié)果分析

4.1溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果距風(fēng)門5m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門10m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門15m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門20m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門25m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門30m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門35m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門60m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門65m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門70m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門75m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門80m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門85m數(shù)據(jù)曲線距風(fēng)門90m數(shù)據(jù)曲線4.2頂板離層監(jiān)測(cè)結(jié)果由圖4.15-4.18可見(jiàn)，頂板離層較小。其中，1#測(cè)點(diǎn)頂板離層0.2mm，2#測(cè)點(diǎn)頂板離層6mm，3#測(cè)點(diǎn)頂板離層0.mm，4#測(cè)點(diǎn)頂板離層.5mm。4.3水位監(jiān)測(cè)結(jié)果圖4.19密閉墻4左側(cè)30m水位數(shù)據(jù)曲線由圖4.19可見(jiàn)，密閉墻4左側(cè)30m處，水位變化較小，只有0-0.8cm。4.4瓦斯監(jiān)測(cè)結(jié)果圖4.20切眼密閉墻內(nèi)瓦斯曲線圖4.21密閉墻3右側(cè)20m瓦斯曲線由圖4.20-圖4.21可見(jiàn)，切眼密閉墻內(nèi)瓦斯?jié)舛葹?-14%，并有逐漸增加趨勢(shì)。密閉墻3右側(cè)20m，瓦斯?jié)舛葹?-9%，并有逐漸增加趨勢(shì)。4.5礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果由圖4.22-圖4.27可見(jiàn)，1#測(cè)點(diǎn)頂板壓力增加值，波動(dòng)范圍為0-10MPa；2#測(cè)點(diǎn)頂板壓力增加值，波動(dòng)范圍為0-1MPa；3#測(cè)點(diǎn)頂板壓力增加值，波動(dòng)范圍為0-16MPa；密閉墻3右側(cè)8m的4#測(cè)點(diǎn)頂板壓力逐漸增加，由0增加到4.0MPa；密閉墻2左側(cè)3m的5#測(cè)點(diǎn)-頂板壓力逐漸增加，由0增加到4.0MPa；6#測(cè)點(diǎn)頂板壓力波動(dòng)范圍0-0.5MPa。4.6采煤煤體應(yīng)力測(cè)試結(jié)果（a）1#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（b）2#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（c）3#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖4.6采煤煤體應(yīng)力測(cè)試結(jié)果（d）4#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（e）5#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（f）6#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（g）7#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（h）8#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（i）9#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（j）10#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（k）11#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（l）12#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（m）13#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（n）14#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（o）15#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（p）16#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖（u）21#應(yīng)力計(jì)應(yīng)力曲線圖圖4.29應(yīng)力終值變化曲線圖應(yīng)力觀測(cè)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：1）8105面停采線煤柱（一側(cè)180m、另一側(cè)206m）寬度情況下，中間巷的穩(wěn)定性較好，受工作面動(dòng)壓影響的程度較?。粚?duì)1070大巷的影響很小。2）在工作面停止回采的情況下，8105面停采線前方中間巷側(cè)幫煤體中的應(yīng)力測(cè)試，反映的是鉆孔位置固定支承壓力引起的鉆孔變形量的大小。從鉆孔應(yīng)力末值看，8105面的固定支承壓力影響范圍為108m左右（按鉆孔應(yīng)力出現(xiàn)松弛現(xiàn)象分析）。（a）1#鉆孔聲波測(cè)試曲線（b）2#鉆孔聲波測(cè)試曲線（c）3#鉆孔聲波測(cè)試曲線（d）4#鉆孔聲波測(cè)試曲線4.7聲波測(cè)試結(jié)果（e）5#鉆孔聲波測(cè)試曲線（f）6#鉆孔聲波測(cè)試曲線（g）7#鉆孔聲波測(cè)試曲線（h）8#鉆孔聲波測(cè)試曲線（i）9#鉆孔聲波測(cè)試曲線（j）10#鉆孔聲波測(cè)試曲線（k）11#鉆孔聲波測(cè)試曲線（l）12#鉆孔聲波測(cè)試曲線（m）13#鉆孔聲波測(cè)試曲線（n）14#鉆孔聲波測(cè)試曲線（o）15#鉆孔聲波測(cè)試曲線（p）16#鉆孔聲波測(cè)試曲線（q）17#鉆孔聲波測(cè)試曲線（r）18#鉆孔聲波測(cè)試曲線（s）19#鉆孔聲波測(cè)試曲線（t）20#鉆孔聲波測(cè)試曲線（q）17#鉆孔聲波測(cè)試曲線表4.3各鉆孔松動(dòng)范圍表4.3各鉆孔松動(dòng)范圍由表4.3及圖4.31可見(jiàn)，隨著遠(yuǎn)離停采線位置，中間巷煤幫松動(dòng)范圍逐漸減小，至160m以外減小到最小，但松動(dòng)范圍大于2.0m的影響范圍為103m（8#孔位置）。表4.3各鉆孔松動(dòng)范圍表4.3各鉆孔松動(dòng)范圍由表4.4及圖4.32可以看出，裂隙發(fā)育區(qū)與不發(fā)育區(qū)聲波的傳播速度相差不大，二者比值為0.72-0.93。說(shuō)明中間巷內(nèi)，側(cè)幫煤體裂隙雖有發(fā)育，但是發(fā)育程度較低，松動(dòng)程度較低。觀測(cè)表明，在工作面停止回采的情況下，8105面停采線前方中間巷側(cè)幫煤體中的松散圈測(cè)試，反映的是巷道從掘進(jìn)到經(jīng)受采動(dòng)影響的總體變形與破壞。因此，從合理停采煤柱寬度設(shè)計(jì)角度，其結(jié)果更有參考價(jià)值。聲波測(cè)試結(jié)果表明，中間巷側(cè)幫松動(dòng)圈內(nèi)的波速降低幅度較小，與未破壞區(qū)比值為0.72-0.93。說(shuō)明中間巷內(nèi)，側(cè)幫煤體裂隙雖有發(fā)育，但是發(fā)育程度較低。從松動(dòng)圈大小變化曲線看，松動(dòng)范圍大于2.0m的超前范圍為103m左右。4.8現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)論綜合上述幾種觀測(cè)方法的結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：1)8105綜放工作面采空區(qū)及中間巷的溫度變化較穩(wěn)定，一般變化范圍為25-25度，最大值達(dá)58度，沒(méi)有出現(xiàn)煤炭自然發(fā)火事故。2)8105綜放工作面中間巷頂板離層較小，最大頂板離層量為6mm，頂板穩(wěn)定性較好，并已經(jīng)穩(wěn)定。3）8105綜放工作面中間巷密閉墻4左側(cè)30m處，水位變化較小，只有0-0.8cm，沒(méi)有發(fā)生突水的可能。4）8105綜放工作面中間巷密閉墻內(nèi)瓦斯?jié)舛茸畲鬄?-14%，已達(dá)到瓦斯爆炸的濃度，因此應(yīng)嚴(yán)禁采空區(qū)火源的產(chǎn)生，防止瓦斯事故。5）8105綜放工作面中間巷頂板壓力增加值，最大波動(dòng)范圍為0-16MPa，均未超出錨桿強(qiáng)度極限。6）8105綜放工作面中間巷煤柱應(yīng)力，在應(yīng)力計(jì)初讀數(shù)為3.0Mpa時(shí)，最大應(yīng)力讀數(shù)為3.9MPa，最小為2.5MPa，說(shuō)明工作面前方煤體應(yīng)力在工作面停采之后變化較小，超前支承壓力分布已基本穩(wěn)定；可以將108m作為固定支承壓力的最大影響范圍。7）105綜放工作面中間巷煤柱聲波測(cè)試，煤幫松動(dòng)圈內(nèi)的波速降低幅度較小，與未破壞區(qū)比值為0.72-0.93。說(shuō)明側(cè)幫煤體裂隙雖有發(fā)育，但是發(fā)育程度較低。從松動(dòng)圈大小變化曲線看，松動(dòng)范圍大于2.0m的超前范圍為103m左右4）8105綜放工作面中間巷密閉墻內(nèi)瓦斯?jié)舛茸畲鬄?-14%，已達(dá)到瓦斯爆炸的濃度，因此應(yīng)嚴(yán)禁采空區(qū)火源的產(chǎn)生，防止瓦斯事故。5）8105綜放工作面中間巷頂板壓力增加值，最大波動(dòng)范圍為0-16MPa，均未超出錨桿強(qiáng)度極限。6）8105綜放工作面中間巷煤柱應(yīng)力，在應(yīng)力計(jì)初讀數(shù)為3.0Mpa時(shí)，最大應(yīng)力讀數(shù)為3.9MPa，最小為2.5MPa，說(shuō)明工作面前方煤體應(yīng)力在工作面停采之后變化較小，超前支承壓力分布已基本穩(wěn)定；可以將108m作為固定支承壓力的最大影響范圍。7）105綜放工作面中間巷煤柱聲波測(cè)試，煤幫松動(dòng)圈內(nèi)的波速降低幅度較小，與未破壞區(qū)比值為0.72-0.93。說(shuō)明側(cè)幫煤體裂隙雖有發(fā)育，但是發(fā)育程度較低。從松動(dòng)圈大小變化曲線看，松動(dòng)范圍大于2.0m的超前范圍為103m左右7）105綜放工作面中間巷煤柱聲波測(cè)試，煤幫松動(dòng)圈內(nèi)的波速降低幅度較小，與未破壞區(qū)比值為0.72-0.93。說(shuō)明側(cè)幫煤體裂隙雖有發(fā)育，但是發(fā)育程度較低。從松動(dòng)圈大小變化曲線看，松動(dòng)范圍大于2.0m的超前范圍為103m左右5主要結(jié)論根據(jù)課題計(jì)劃任務(wù)書規(guī)定，課題組完成了“煤礦多功能綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用研究”，開(kāi)發(fā)了光纖礦壓、瓦斯、多氣體、溫度、水位及煤體應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)、聲波測(cè)試等綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，并采用此系統(tǒng)應(yīng)用于塔山礦8105綜放工作面采空區(qū)及中間巷內(nèi)瓦斯、多氣體、溫度、水位及煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)及聲波測(cè)試，給出了采空區(qū)安全評(píng)價(jià)及合理煤柱寬度建議。主要結(jié)論如下：1)在光纖氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)方面，采用波長(zhǎng)掃描、內(nèi)部參考?xì)馐以O(shè)計(jì)、頻譜基線修正以及對(duì)溫度和傳輸損耗的自適應(yīng)算法，成功地減小了粉塵、潮濕、溫度的影響，提高了對(duì)煤礦井下惡劣環(huán)境的適應(yīng)能力。通過(guò)更換不同光源可以實(shí)現(xiàn)不同氣體的檢測(cè)，集成多種氣體分析系統(tǒng)。系統(tǒng)測(cè)試靈敏度達(dá)到ppm量級(jí)，滿足束管系統(tǒng)檢測(cè)要求。用一臺(tái)儀器就可滿足多種氣體的在線分析，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。研制的礦用激光甲烷傳感器不但滿足傳統(tǒng)礦用甲烷傳感器的技術(shù)要求，還具有自診斷功能，其響應(yīng)時(shí)間、標(biāo)校周期、測(cè)量精度較高。2）在采空區(qū)溫度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)方面，本課題研制的光纖溫度傳感器相比傳統(tǒng)電子溫度傳感器有無(wú)源不帶電的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)光纖溫度傳感器還具有多點(diǎn)復(fù)用，耐腐蝕，穩(wěn)定性好，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)密閉采空區(qū)內(nèi)溫度的監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)采空區(qū)內(nèi)部熱點(diǎn)，預(yù)防采空區(qū)火災(zāi)的發(fā)生。3）在采空區(qū)內(nèi)部積水的變化情況實(shí)時(shí)測(cè)量方面，本課題研制的光纖水位傳感器，在研究采空區(qū)積水變化規(guī)律，掌握積水量，及時(shí)對(duì)采空區(qū)積水進(jìn)行處理，防止長(zhǎng)期積水，預(yù)防水害的發(fā)生方面，具有較大適用性。4）項(xiàng)目研制的井下光纖光柵檢測(cè)分站具有同時(shí)檢測(cè)溫度、壓力、位移等低頻量和機(jī)械振動(dòng)高頻傳感器的功能，單個(gè)分站可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面頂板、采空區(qū)溫度等多達(dá)300余點(diǎn)且不同參數(shù)的檢測(cè)。5）本課題研制的礦用光纖頂板沉降離層傳感器、頂板變形壓力在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，解決了采空區(qū)頂板變形及頂板壓力在線監(jiān)測(cè)問(wèn)題，對(duì)局部冒頂與沖擊地壓等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)測(cè)預(yù)警。6）本課題基于多種光纖傳感器的煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采空區(qū)溫度分布、甲烷與一氧化碳?xì)怏w、頂板離層、礦壓、水位的在線監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)警；利用光纖傳感器不帶電的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，建立了采空區(qū)綜合在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)于煤礦應(yīng)急救援具有重要價(jià)值。7）本課題開(kāi)發(fā)了精度高、有一定初撐力、連續(xù)、遠(yuǎn)距離、自動(dòng)記錄與分析等能力的煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)提供了較可靠的技術(shù)儲(chǔ)備。8)塔山礦8105綜放工作面采空區(qū)及中間巷的監(jiān)測(cè)結(jié)果明，采空區(qū)及中間巷的溫度變化范圍為25-25度，最大值達(dá)58度，沒(méi)有出現(xiàn)煤炭自然發(fā)火事故；最大頂板離層量為6mm，頂板穩(wěn)定性較好，并已經(jīng)穩(wěn)定；中間巷水位只有0-0.8cm，沒(méi)有發(fā)生突水的可能；密閉內(nèi)瓦斯?jié)舛茸畲鬄?-14%，已達(dá)到瓦斯爆炸的濃度，因此應(yīng)嚴(yán)禁采空區(qū)火源的產(chǎn)生，防止瓦斯事故；中間巷頂板壓力波動(dòng)范圍為0-16MPa，未超出錨桿強(qiáng)度極限；中間巷煤柱應(yīng)力，在應(yīng)力計(jì)初讀數(shù)為3.0Mpa時(shí)，最大應(yīng)力讀數(shù)為3.9MPa，最小為2.5MPa，說(shuō)明煤體應(yīng)力在工作面停采之后變化較小，超前支承壓力分布已基本穩(wěn)定，可以將108m作為固定支承壓力的最大影響范圍；煤幫松動(dòng)圈內(nèi)的波速與未破壞區(qū)比值為0.72-0.93，說(shuō)明側(cè)幫煤體裂隙發(fā)育程度較低，松動(dòng)范圍大于2.0m的超前范圍為103m左右。9）對(duì)礦用光纖綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及煤體應(yīng)力測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，本系統(tǒng)的e各項(xiàng)性能都達(dá)到了煤礦應(yīng)用要求，性能可靠、工作穩(wěn)定、可以在類似條件下推廣使用。6項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)1）運(yùn)用本質(zhì)安全型的采空區(qū)光纖溫度、礦壓、水位、瓦斯、一氧化碳傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)，建立了基于光纖的實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程監(jiān)控綜合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)采空區(qū)溫度、頂板壓力、水位、瓦斯、一氧化碳等實(shí)時(shí)綜合在線監(jiān)測(cè)，解決了采空區(qū)禁電情況下安全監(jiān)測(cè)的技術(shù)難題。2)研制了精度高、有一定初撐力、連續(xù)、遠(yuǎn)距離、自動(dòng)記錄與分析等能力的煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為采動(dòng)煤體應(yīng)力監(jiān)測(cè)、沖擊地壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、煤柱長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究等提供了可靠實(shí)用的技術(shù)手段。效益分析報(bào)告1.經(jīng)濟(jì)效益分析本項(xiàng)目基于光纖溫度、氣體、水位、礦壓傳感器及煤體應(yīng)力測(cè)試技術(shù)，形成一套煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為建立煤礦現(xiàn)場(chǎng)多參數(shù)綜合監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)和煤礦多參數(shù)災(zāi)害系統(tǒng)奠定了新的基礎(chǔ)。1.1光纖檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)僅主機(jī)需要供電，低功耗。利用光纖進(jìn)行溫度感測(cè)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)千個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的檢測(cè)不需要供電，很大程度上減少了傳統(tǒng)傳感器的數(shù)量，大大降低了傳感器的安裝和維護(hù)成本。1.2光纖多氣體檢測(cè)系統(tǒng)可同時(shí)監(jiān)測(cè)一氧化碳、甲烷氣體，可代替煤礦目前采空區(qū)的色譜監(jiān)測(cè)和紅外檢測(cè)儀，大大降低了煤礦自然發(fā)火預(yù)測(cè)系統(tǒng)的成本。1.3光纖檢測(cè)系統(tǒng)在采空區(qū)防滅火中的應(yīng)用，可大大提高礦井防滅火技術(shù)裝備水平，有效提高設(shè)備的使用效率，節(jié)省人力、物力，大大減少生產(chǎn)成本。光纖檢測(cè)系統(tǒng)可以有效的定位火災(zāi)發(fā)生位置，大大提高火災(zāi)治理的針對(duì)性，節(jié)省防滅火設(shè)備和材料，提高工作效率，防滅火成本大為降低。1.4光纖檢測(cè)系統(tǒng)有效保證采煤工作面的安全生產(chǎn)，大大減少安全事故的發(fā)生概率，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益難以估量。1.5光纖礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有屬于本安型系統(tǒng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，靈敏度高，抗電磁干擾，相比電子設(shè)備具有明顯優(yōu)勢(shì)，擁有巨大的市場(chǎng)需求。與進(jìn)口的容量為16通道相同性能系統(tǒng)相比，光纖微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的費(fèi)用僅為其二分之一，大大降低企業(yè)的設(shè)備投資，提高經(jīng)濟(jì)效益。