采煤工作面冲击动力灾害预警方法及装置与流程

本发明涉及煤矿监测，尤其涉及一种采煤工作面冲击动力灾害预警方法及装置。

背景技术：

1、煤炭是我国能源安全的“压舱石”，随着浅部煤炭资源日趋枯竭，煤炭资源深部开发已成为必然趋势，但深部煤层赋存条件更趋复杂，冲击动力灾害日益严重，已经成为制约我国煤炭安全高效开采的主要灾害。近年来，国内外学者针对冲击动力灾害发生机理、监测预报与防治技术等进行了广泛而深入的研究，取得了显著成果，但相关技术装备主要是对冲击动力灾害进行事后分析，即使进行前兆信息监测，超前预测预警的时间也非常短，很难满足冲击动力灾害超前防控的要求。

2、随着开采深度逐年增加，冲击动力灾害的复杂性、突发性和多样性愈发显著，“致灾源找不准、预警效能不高”等难题愈发突显，亟需提高监测、预测、预警水平，最大程度降低冲击动力灾害的发生及影响。

技术实现思路

1、本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：现有冲击动力灾害监测精度低、预测预警不及时、准确率低。

2、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种采煤工作面冲击动力灾害预警装置，该采煤工作面冲击动力灾害预警装置具有监测精度高、预测预警及时、准确率高的优点。

3、根据本发明实施例的采煤工作面冲击动力灾害预警装置，采煤工作面冲击动力灾害预警装置包括动应力监测机构和预警检测机构，所述动应力监测机构包括压力监测装置和储液仓，所述压力监测装置位于所述储液仓内，所述储液仓位于巷道的钻孔内且所述储液仓的内部压力与所述钻孔处煤岩体的内部应力相等，所述预警检测机构包括接收模块、分析模块、存储模块和报警模块，所述接收模块与所述压力监测装置通讯连接用以接收压力检测数据，所述分析模块与所述接收模块电连接用以分析获取的压力检测数据并得出冲击动力灾害发生的可能性，所述报警模块用以接收来自所述分析模块的信号并发出警报，所述存储模块与所述接收模块和所述分析模块电连接，所述存储模块用以存储所述接收模块接收的压力检测数据及分析模块的冲击动力灾害发生的可能性。

4、根据本发明实施例的采煤工作面冲击动力灾害预警装置具有监测精度高、预测预警及时、准确率高的优点。本申请具有以下优势：监测储液仓的压力变化来判断应力变化，应力数值更准确，储液仓自身可以降低应力异常区的压力，一定程度防止灾害发生，保护性好，判断储液仓压力和煤粉体积进而确定灾害发生可能性准确度高。

5、在一些实施例中，所述储液仓的两端设置封液块，所述封液块用以封闭所述储液仓，进液管穿过所述封液块与所述储液仓内连通，所述压力监测装置经所述进液管进入所述储液仓内以监测所述储液仓内压力变化。

6、在一些实施例中，所述储液仓采用柔性材料制成以使所述储液仓在受压状态下可以发生变形、弯折。

7、在一些实施例中，所述压力监测装置还包括应变传感器，所述应变传感器沿所述储液仓的轴向方向间隔布置在所述储液仓内，所述应变传感器用以检测所述储液仓的应变变化量。

8、根据本发明实施例的采煤工作面冲击动力灾害预警方法，采煤工作面冲击动力灾害预警方法包括以下步骤：

9、s1、取工作面开采煤层的煤样，确定压力值与煤粉体积变化量的映射关系；

10、s2、采煤工作面的两侧顺槽和切眼贯通后，对所述采煤工作面前方的煤体进行初始地应力测量；

11、s3、在工作面两侧顺槽向工作面煤层内进行钻孔作业，所述钻孔的方向与工作面长度方向平行，钻孔贯穿整个煤层；

12、s4、在所述钻孔内安装动应力监测机构的压力监测装置和储液仓，调节所述储液仓内的注入液体量，使所述储液仓的内部压力与测量的初始地应力中的最大主应力值相等；

13、s5、所述压力监测装置对所述储液仓内的压力值进行实时监测，所述压力监测装置将监测结果发送至预警检测机构的接收模块；

14、s6、分析模块根据所述压力监测装置监测的压力值和压力值与煤粉体积变化量的映射关系来计算煤体的压缩变形量，根据计算得出的初始松散煤粉的体积及储液仓内放出的液体体积，对采煤工作面发生冲击动力灾害的可能性进行预测，达到限制后发送信号至报警模块进行报警。

15、在一些实施例中，所述s1步骤中取待开采煤层的样品进行压缩实验，将煤层样品磨成煤粉并放置在压缩容器内，确定初始松散体积，对所述压缩容器内的煤粉施加压力，记录不同压力作用下所述压缩容器内的煤粉体积，对待开采煤层不同位置的煤样，分别重复进行压缩实验，采用机器学习算法通过回归分析确定压力值与煤粉体积变化量的映射关系，如下：

16、vf＝f(f)

17、式中，vf为压力为f时煤粉的体积值，f为施加的压力值。

18、在一些实施例中，所述s2步骤中沿工作面推进方向，分别在工作面前方50m、150m、300m处进行初始地应力测量。

19、在一些实施例中，所述s3步骤中钻孔位于巷帮煤壁的中间位置，所述钻孔间距为100～150m。

20、在一些实施例中，所述钻孔的直径稍大于所述储液仓两端的封液块的外径，对所述封液块与钻孔内壁的缝隙进行充填密封以阻止所述储液仓受压变形带动所述封液块沿所述钻孔的轴向方向移动。

21、在一些实施例中，根据压力值与煤粉体积变化量的映射关系得出初始松散煤粉的体积vchu如下：

22、vchu＝g(f,vf)

23、f为压力监测装置检测的压力值。

技术特征：

1.一种采煤工作面冲击动力灾害预警装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的采煤工作面冲击动力灾害预警装置，其特征在于，所述储液仓的两端设置封液块，所述封液块用以封闭所述储液仓，进液管穿过所述封液块与所述储液仓内连通，所述压力监测装置经所述进液管进入所述储液仓内以监测所述储液仓内压力变化。

3.根据权利要求2所述的采煤工作面冲击动力灾害预警装置，其特征在于，所述储液仓采用柔性材料制成以使所述储液仓在受压状态下可以发生变形、弯折。

4.根据权利要求2所述的采煤工作面冲击动力灾害预警装置，其特征在于，还包括应变传感器，所述应变传感器沿所述储液仓的轴向方向间隔布置在所述储液仓内，所述应变传感器用以检测所述储液仓的应变变化量。

5.采煤工作面冲击动力灾害预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的采煤工作面冲击动力灾害预警方法，其特征在于，所述s1步骤中取待开采煤层的样品进行压缩实验，将煤层样品磨成煤粉并放置在压缩容器内，确定初始松散体积，对所述压缩容器内的煤粉施加压力，记录不同压力作用下所述压缩容器内的煤粉体积，对待开采煤层不同位置的煤样，分别重复进行压缩实验，采用机器学习算法通过回归分析确定压力值与煤粉体积变化量的映射关系，如下：

7.根据权利要求5所述的采煤工作面冲击动力灾害预警方法，其特征在于，所述s2步骤中沿工作面推进方向，分别在工作面前方50m、150m、300m处进行初始地应力测量。

8.根据权利要求5所述的采煤工作面冲击动力灾害预警方法，其特征在于，所述s3步骤中钻孔位于巷帮煤壁的中间位置，所述钻孔间距为100～150m。

9.根据权利要求5所述的采煤工作面冲击动力灾害预警方法，其特征在于，所述钻孔的直径稍大于所述储液仓两端的封液块的外径，对所述封液块与钻孔内壁的缝隙进行充填密封以阻止所述储液仓受压变形带动所述封液块沿所述钻孔的轴向方向移动。

10.根据权利要求6所述的采煤工作面冲击动力灾害预警方法，其特征在于，根据压力值与煤粉体积变化量的映射关系得出初始松散煤粉的体积vchu如下：

技术总结本发明公开一种采煤工作面冲击动力灾害预警方法及装置，采煤工作面冲击动力灾害预警装置包括动应力监测机构和预警检测机构，动应力监测机构包括压力监测装置和储液仓，压力监测装置位于储液仓内，预警检测机构包括接收模块、分析模块、存储模块和报警模块，接收模块与压力监测装置通讯连接用以接收压力检测数据，分析模块与接收模块电连接用以分析获取的压力检测数据并得出冲击动力灾害发生的可能性，报警模块用以接收来自分析模块的信号并发出警报，存储模块与接收模块和分析模块电连接。本发明提供的采煤工作面冲击动力灾害预警方法及装置具备监测精度高、预测预警及时、准确率高的优点。技术研发人员：庞义辉,曹光明,石瑶玉,孟令宇受保护的技术使用者：中煤科工开采研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26