基于煤體應(yīng)力監(jiān)測的沖擊地壓在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

沖擊地壓，又稱巖爆，這是一種巖體中聚積的彈性變形勢能在一定條件下的突然猛烈釋放，導(dǎo)致巖石爆裂并彈射出來的現(xiàn)象。常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象。它具有很大的破壞性，是煤礦重大災(zāi)害之一。

沖擊地壓發(fā)生的自然條件是：煤體具有沖擊傾向性，并且采場上覆巖層中具有厚度達(dá)、強度高易于形成能量積聚的巖層。

沖擊地壓發(fā)生的主要誘因是：工作面開采過程中下位巖層冒落和離層沉降使上位厚度達(dá)、強度高的巖層形成大面積懸露，在煤巖體中形成高應(yīng)力集中區(qū)，積聚巨量壓縮彈性能。

因此，以上覆巖層運動為核心，以采場礦山壓力理論為指導(dǎo)，正確預(yù)計采場上覆巖層運動規(guī)律，確定支承壓力集中區(qū)的大體分布范圍，并對這些重點部位進(jìn)行支承壓力的在線監(jiān)測，是工作面沖擊地壓預(yù)測的可行手段之一。

重點部位包括：工作面初次來壓，工作面采空區(qū)見方，雙工作面采空區(qū)見方，構(gòu)造異常區(qū)

測點布置如圖1所示。

圖1沖擊地壓測點布置

本方案所使用的GYY15Z礦用鉆孔矢量應(yīng)力傳感器，是根據(jù)煤體應(yīng)力測試的要求專門開發(fā)的應(yīng)力傳感器，是目前國內(nèi)精度和靈敏度最高的傳感器。采用應(yīng)變測量技術(shù)，測量的是煤體或巖體載荷應(yīng)力，內(nèi)部經(jīng)過高精度A/D轉(zhuǎn)換，得出鉆孔內(nèi)部的應(yīng)力變化量，傳感器內(nèi)還含有一個電子羅盤，用來進(jìn)行力方向判斷，適用于煤礦井下煤層或巖層各種角度安裝。

采用普通煤體應(yīng)力傳感器(鉆孔應(yīng)力計)，由于靈敏度低，不能實現(xiàn)對煤體應(yīng)力的高精度監(jiān)測，也就不能實現(xiàn)對沖擊地壓的精確預(yù)測。

矢量應(yīng)力傳感器主要由集成電路、芯體和防護(hù)外殼組成，安裝在煤或巖石的鉆孔中，并用水泥漿或環(huán)氧樹脂填充密封。在煤體或巖石受到各種方向的壓應(yīng)力作用時，力傳導(dǎo)到傳感器的三個測力點上。使與之對應(yīng)的傳感器上的應(yīng)變片發(fā)生變化，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換模塊接收信號，并對其進(jìn)行處理，并將處理后得到的數(shù)字信號通過電纜線傳輸至地面的中心主站上。與此同時，電子羅盤模塊也對應(yīng)力傳感器的方向進(jìn)行判別，通過總線傳送到地面。傳感器采用全密封結(jié)構(gòu)，防護(hù)等級為IP67。

主要技術(shù)指標(biāo)

電氣性能：工作電壓：(9～18)V DC；工作電流：≤90mA；

測量范圍：(0.00～15.00)MPa；基本誤差：±0.1MPa；分辨率：0.01Mpa；

輸出信號： 傳輸方式RS485；傳輸速率4800bps。