煤礦多功能綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用研究

1、煤礦多功能綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)煤礦多功能綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用研究開發(fā)及應(yīng)用研究項(xiàng)目鑒定匯報(bào)項(xiàng)目鑒定匯報(bào)同煤集團(tuán)技術(shù)同煤集團(tuán)技術(shù)中心中心山西德先科技有限公司山西德先科技有限公司山東科技大學(xué)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)與意義標(biāo)與意義1.1 我國(guó)煤礦安全我國(guó)煤礦安全現(xiàn)狀現(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)及存在問題煤礦現(xiàn)有安全監(jiān)測(cè)技術(shù)及存在問題1）

2、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本課題研究的必要性及意義意義礦用光纖檢測(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)

3、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)課題研究目標(biāo)及技術(shù)路線路線1.4.1 研究目標(biāo)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、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

4、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)害威脅安全開采的重大科學(xué)問題，揭示煤礦開采重大災(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)煤礦開采重大災(zāi)害過程信息進(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

5、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)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)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)

6、，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光纖光柵光纖光柵技術(shù)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)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)警光纖氣體監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)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

7、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)光纖溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)表2.4 系統(tǒng)組成圖2.6 YGSJ660(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)警光纖水位監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)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)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)試煤體松動(dòng)聲波測(cè)試技術(shù)技術(shù)圖2.13測(cè)試原理圖FJ接收電路控制電路發(fā)射電路電 源計(jì)時(shí)電路2.

8、2煤礦安全綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)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)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)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)組成導(dǎo)向爪應(yīng)變體油管截止桿注油口壓力傳感器信號(hào)電纜變送器信號(hào)電纜2.2.3 煤體松動(dòng)聲波測(cè)試系統(tǒng)組成及特點(diǎn)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3 8105采空區(qū)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)研究采空區(qū)綜合監(jiān)

9、測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)研究3.1 8105工作面工程工作面工程概況概況3.1.1 礦井概況礦井概況同煤集團(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11.131.7m，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14m的硅化變質(zhì)煤層。煤層節(jié)理間距在1525cm，主節(jié)理間距1.01.2m，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

10、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。3.1.2 8105工作面工作面概況概況圖3.1 8105工作面位置示意圖魏14魏11038105工作面8104工作面8106工作面魏1205魏1204停采線8105中部回風(fēng)巷2105巷5105巷8105頂板高抽巷1070回風(fēng)巷1070皮帶巷1070運(yùn)輸巷圖3.2 3#5#煤層頂?shù)装逯鶢顖D魏1103鉆孔柱狀圖（電）下統(tǒng)太 原 組上統(tǒng)石炭系山西組巖性描述累深柱狀組系 統(tǒng)二疊系地層層厚K3煤:(2號(hào))1.00米，黑色，易碎；炭質(zhì)泥巖：2.45米；煤0.60米,黑色。4468.07煤：(山4號(hào)

11、）暗淡型。0.79(0.99)(0.15),夾矸巖性為：灰黑色砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖。巖漿巖：0.55米，灰白色,含有石英；炭質(zhì)泥巖：5.00米，灰黑色，含有植物莖葉化石。2.7013.50482.275.55巖漿巖：灰白色，以石英為主；硅化煤：0.71米。砂質(zhì)泥巖：灰黑色，含有較多植物莖葉化石，中部變粗，含有石英。2.90505.08煤：(3號(hào)）夾矸巖性為：灰黑色炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、高嶺巖，局部有深灰色粉砂巖。結(jié)構(gòu)為：1.501.86(0.29)2.68(0.35)0.97(0.20)0.38(0.32)0.68(0.27)0.46（0.21）1.23（0.37）0.41528.95 11.69

12、高嶺質(zhì)泥巖：8.06米，灰色，上部含有化石，主要為泥質(zhì)結(jié)構(gòu),含有高嶺質(zhì)，上部0.30米含有石英；灰白色粗砂巖：以石英長(zhǎng)石為主，磨園度差,分選中等；泥巖：0.25米，灰黑色。 Y:542962.50X:4422988.31517.26502.184.058.31（1.33）0.07（0.20）0.25（0.35）0.27（0.30）0.30（0.40）0.35（0.380.47（0.32）0.20（1.60） 498.13489.82470.770.14（(0.20)）0.28（(0.10)）0.25（0.35）0.2012.18H:1565.42終孔深度：614.00米終孔層位：O114.36

13、高嶺巖：1.50米,灰白色；砂質(zhì)泥巖：8.82米，淺灰色，較碎；炭質(zhì)泥巖：1.64米，黑色；砂質(zhì)泥巖：0.50米，灰色；砂質(zhì)泥巖：0.54米，灰色；巖漿巖：1.36米，灰白色。 453.713.2 8105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)布置及施工工圖3.3 8105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3.3 8105工作面中間巷內(nèi)煤體應(yīng)力計(jì)的布置及安裝工作面中間巷內(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)

14、試儀器采煤煤體應(yīng)力測(cè)試儀器（a）KJ216-F2本安型監(jiān)測(cè)分站本安型監(jiān)測(cè)分站 （b）液壓式鉆孔應(yīng)力傳感器）液壓式鉆孔應(yīng)力傳感器 圖圖3.10 液壓式鉆孔應(yīng)力計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)組成液壓式鉆孔應(yīng)力計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)組成3.3.2 8105工作面之間巷內(nèi)煤體應(yīng)力測(cè)試儀器布置工作面之間巷內(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8105工作面8105中部回風(fēng)巷44m密閉墻風(fēng)門應(yīng)力計(jì)鉆孔（21個(gè)）1234567891011121314151617181920211070回風(fēng)巷1070皮帶巷1070輔運(yùn)巷8105頂板高抽巷5105巷2105巷8105工作面8105工作面停采線表3.1 側(cè)幫應(yīng)力計(jì)鉆孔位置3.3.3

15、8105工作面之間巷內(nèi)煤體應(yīng)力安裝工作面之間巷內(nèi)煤體應(yīng)力安裝方式方式煤巖鉆孔應(yīng)力傳感器采用直徑55mm水平鉆探安裝。首先通過鉆機(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。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。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。3.4 8105工作面中間巷聲波測(cè)試儀器及安裝工作面中間巷聲波測(cè)試儀器及安裝3.4.1

16、 巷道圍巖松動(dòng)圈聲波測(cè)試巷道圍巖松動(dòng)圈聲波測(cè)試儀儀圖3.12 ZW/BA-礦用超聲波圍巖松動(dòng)圈測(cè)試儀水圖3.13 封孔器結(jié)構(gòu)示意圖3.4.2 8105工作面之間巷圍巖松動(dòng)圈聲波測(cè)試系統(tǒng)布置工作面之間巷圍巖松動(dòng)圈聲波測(cè)試系統(tǒng)布置8105工作面停采線8105工作面8105中部回風(fēng)巷1070回風(fēng)巷1070皮帶巷1070輔運(yùn)巷8105頂板高抽巷5105巷2105巷8105工作面松動(dòng)圈鉆孔（21個(gè)）風(fēng)門密閉墻44m121110987654321131415161718192021圖圖3.45 鉆孔布置圖鉆孔布置圖圖圖3.15 聲波探測(cè)鉆孔示意圖聲波探測(cè)鉆孔示意圖表表3.2 聲波測(cè)試鉆孔具體位置聲波測(cè)試鉆

17、孔具體位置4 8105采空區(qū)綜合監(jiān)測(cè)及測(cè)試結(jié)果分析采空區(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)果頂板離層監(jiān)測(cè)結(jié)果由圖4.15-4.18可見，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)

18、果水位監(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，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，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)果礦壓監(jiān)測(cè)結(jié)果由圖4.22-圖4.27可見，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

19、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

20、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

21、（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

22、表4.3及圖4.31可見，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

23、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，沒有發(fā)生突水的可能。4）810

24、5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。說明側(cè)幫煤體裂隙雖有發(fā)育，但是發(fā)育程度較

25、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

26、較小，與未破壞區(qū)比值為0.72-0.93。說明側(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)開發(fā)及應(yīng)用研究”，開發(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

27、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)

28、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)。

29、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

30、溫度變化范圍為25-25度，最大值達(dá)58度，沒有出現(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，說明側(cè)幫煤

31、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)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

32、研究等提供了可靠實(shí)用的技術(shù)手段。效效 益益 分分 析析 報(bào)報(bào) 告告1. 經(jīng)濟(jì)效益分析經(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