一种综放开采顶煤运移轨迹监测装置及监测方法与流程

1.本技术涉及顶煤运移轨迹监测技术领域，尤其涉及一种综放开采顶煤运移轨迹监测装置及监测方法。


背景技术：

2.综放开采顶煤冒落运移特征研究主要采用理论分析、相似模拟和数值模拟方法，得到的顶煤放出体呈扁椭球体、切割变异椭球体等形态，采用试验方法，以放出率和放煤效率高低确定合理的采放工艺参数，而厚及特厚煤层不同于普通综放工作面，理论分析得到的放出体很难得到有效的现场验证，试验得到的采放工艺参数所对应的顶煤丢失差异较大，缺乏有效的手段进行监测验证。


技术实现要素：

3.本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本技术的目的在于提出一种综放开采顶煤运移轨迹监测装置及监测方法。
5.为达到上述目的，本技术第一方面提出的一种综放开采顶煤运移轨迹监测装置，包括：测孔，所述测孔设置在所述顶煤内；测线，所述测线固定设置在所述测孔内，且所述测线上沿所述测线的长度方向依次设置有多个测点；多个倾角传感器，多个所述倾角传感器固定设置在所述测点上；监测机，所述倾角传感器与所述监测机电连接，所述监测机用于所述顶煤运移时，通过多个所述倾角传感器分别获取多个所述测点的倾角，并根据多个所述倾角分别计算出多个所述测点的坐标，通过多个所述坐标得到所述顶煤的运移轨迹。
6.所述测孔设置为两个，且两个测孔分别为第一测孔及第二测孔，所述第一测孔竖直设置在所述顶煤内，所述第二测孔倾斜设置在所述顶煤内，且所述第二测孔位于所述第一测孔远离放煤空间的一侧。
7.所述监测装置还包括：多个卡扣，所述卡扣固定设置在所述测点上，所述卡扣与所述测孔固定连接。
8.所述倾角传感器为三轴加速度传感器，多个所述测点沿所述测线的长度方向等距分布。
9.本技术第二方面提出的一种综放开采顶煤运移轨迹监测方法，包括：在所述顶煤内设置测孔；在测线上沿所述测线的长度方向依次设置多个测点；在所述测点上固定设置倾角传感器；将所述测线固定设置在所述测孔内；所述顶煤运移时，通过多个所述倾角传感器分别获取多个所述测点的倾角，并根据多个所述倾角分别计算出多个所述测点的坐标，通过多个所述坐标得到所述顶煤的运移轨迹。
10.所述在所述顶煤内设置测孔包括：沿竖直方向在所述顶煤内设置第一测孔；在所述第一测孔远离放煤空间的一侧沿倾斜方向在所述顶煤内设置第二测孔。
11.所述将所述测线设置在所述测孔内包括：在所述测点上固定设置卡扣；将所述测线送入所述测孔内；由上至下依次将所述卡扣与所述测孔固定连接。
12.所述通过多个所述倾角传感器分别获取多个所述测点的倾角，并根据多个所述倾角分别计算出多个所述测点的坐标包括：通过所述倾角传感器分别获取多个所述测点的x轴的倾角；通过所述倾角传感器分别获取多个所述测点的y轴的倾角；通过所述倾角传感器分别获取多个所述测点的z轴的倾角；根据多个所述测点的x轴、y轴及z轴倾角分别计算出多个所述测点的x轴、y轴及z轴坐标值；根据多个所述测点的x轴、y轴及z轴坐标值分别计算出多个所述测点的坐标。
13.所述根据多个所述测点的x轴、y轴及z轴倾角计算出多个所述测点的x轴、y轴及z轴坐标值包括：获取在所述测线长度方向上相邻的测点间距；根据多个所述测点间距及多个所述测点的x轴、y轴及z轴倾角计算出多个所述测点的x轴、y轴及z轴坐标值。
14.所述在测线上沿所述测线的长度方向依次设置多个测点包括：在测线上沿所述测线的长度方向依次等距设置多个测点。
15.采用上述技术方案后，本技术和现有技术相比所具有的优点是：
16.通过监测机及多个倾角传感器的配合，实现对顶煤不同层位测点倾角的测量，并最终得到顶煤的运移轨迹，从而实现对顶煤的有效监测，不仅大大提高了综放开采过程的安全性，而且为分析综放开采顶煤体冒落特征提供了基础数据；
17.同时，通过对顶煤的监测，还能够得到顶煤的破断层位和采空区方向的悬顶长度，为分析工作面矿压规律提供数据支撑。
18.本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
19.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1是本技术一实施例提出的综放开采顶煤运移轨迹监测装置的结构示意图；
21.图2是本技术一实施例提出的综放开采顶煤运移轨迹监测方法的流程示意图；
22.图3是本技术一实施例提出的综放开采顶煤运移轨迹监测方法的原理示意图；
23.如图所示：1、第一测孔，2、第二测孔，3、测线，4、倾角传感器，5、监测机，6、液压支架，7、放煤空间。
具体实施方式
24.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。相反，本技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
25.如图1所示，本技术实施例提出一种综放开采顶煤运移轨迹监测装置，包括测孔、测线3、多个倾角传感器4及监测机5，测孔设置在顶煤内，测线3固定设置在测孔内，且测线3上沿测线3的长度方向依次设置有多个测点，多个倾角传感器4固定设置在测点上，使相邻测点之间的间距固定倾角传感器4与使相邻测点之间的间距固定监测机5电连接，使相邻测
点之间的间距固定监测机5用于顶煤运移时，通过多个倾角传感器4分别获取多个测点的倾角，并根据多个倾角分别计算出多个测点的坐标，通过多个坐标得到顶煤的运移轨迹。
26.可以理解的是，通过监测机5及多个倾角传感器4的配合，实现对顶煤不同层位测点倾角的测量，并最终得到顶煤的运移轨迹，从而实现对顶煤的有效监测，不仅大大提高了综放开采过程的安全性，而且为分析综放开采顶煤体冒落特征提供了基础数据；
27.同时，通过对顶煤的监测，还能够得到顶煤的破断层位和采空区方向的悬顶长度，为分析工作面矿压规律提供数据支撑。
28.如图1所示，在一些实施例中，测孔设置为两个，且两个测孔分别为第一测孔1及第二测孔2，第一测孔1竖直设置在顶煤内，第二测孔2倾斜设置在顶煤内，且第二测孔2位于第一测孔1远离放煤空间7的一侧。
29.可以理解的是，通过第一测孔1及第二测孔2的设置，能够对顶煤进行多位置、多角度的监测，保证整体对顶煤运移轨迹的监测准确性。
30.如图1所示，在一些实施例中，测孔由工作面内液压支架6的顶梁处向顶煤的上端延伸。
31.在一些实施例中，测线3可为钢丝绳，以保证测线3上各测点与顶煤的随动。
32.在一些实施例中，监测机5与倾角传感器4连接的电线可通过扎带、束带等固定设置在测线3上。
33.在一些实施例中，监测机5可为计算机主机，其能够根据存储的计算机程序进行测点坐标值的计算、多个测点坐标的存储以及顶煤运移轨迹的计算。
34.如图1所示，在一些实施例中，监测机5固定设置在工作面内液压支架6的顶梁上。
35.在一些实施例中，监测装置还包括多个卡扣，卡扣固定设置在测点上，卡扣与测孔固定连接。
36.可以理解的是，通过卡扣对测孔与测点的连接，不仅实现测线3在测孔内的固定，而且使倾角传感器4与顶煤的相对位置固定，从而使倾角传感器4测量的角度即为其所在测点的角度，保证了整体对顶煤运移轨迹的监测准确性，同时，卡扣便于拆装，从而提高测线3在测孔内拆装效率。
37.在一些实施例中，倾角传感器4为三轴加速度传感器，多个测点沿测线3的长度方向等距分布。
38.可以理解的是，三轴加速度传感器能够对三个方向上的倾角进行测量，以保证整体对测点倾角的准确获取，进而保证整体对顶煤运移轨迹的监测准确性；
39.多个测点的等距分布使相邻测点之间的间距固定，从而便于计算出多个测点的坐标值，提高整体对顶煤运移轨迹的监测效率。
40.如图2所示，本技术实施例还提出一种综放开采顶煤运移轨迹监测方法，包括：
41.s1：在顶煤内设置测孔；
42.s2：在测线3上沿测线3的长度方向依次设置多个测点；
43.s3：在测点上固定设置倾角传感器4；
44.s4：将测线3固定设置在测孔内；
45.s5：顶煤运移时，通过倾角传感器4分别获取多个测点的倾角，并根据多个倾角分别计算出多个测点的坐标，通过多个坐标得到顶煤的运移轨迹。
46.可以理解的是，通过监测机5及多个倾角传感器4的配合，实现对顶煤不同层位测点倾角的测量，并最终得到顶煤的运移轨迹，从而实现对顶煤的有效监测，不仅大大提高了综放开采过程的安全性，而且为分析综放开采顶煤体冒落特征提供了基础数据；
47.同时，通过对顶煤的监测，还能够得到顶煤的破断层位和采空区方向的悬顶长度，为分析工作面矿压规律提供数据支撑。
48.在一些实施例中，步骤s1：在顶煤内设置测孔包括：
49.s11：沿竖直方向在顶煤内设置第一测孔1。
50.s12：在第一测孔1远离放煤空间7的一侧沿倾斜方向在顶煤内设置第二测孔2。
51.可以理解的是，通过第一测孔1及第二测孔2的设置，能够对顶煤进行多位置、多角度的监测，保证整体对顶煤运移轨迹的监测准确性。
52.在一些实施例中，通过钻机在顶煤内钻取第一测孔1及第二测孔2。
53.在一些实施例中，步骤s4：将测线3设置在测孔内包括：
54.s41：在测点上固定设置卡扣；
55.s42：将测线3送入测孔内；
56.s43：由上至下依次将卡扣与测孔固定连接。
57.可以理解的是，通过卡扣对测孔与测点的连接，不仅实现测线3在测孔内的固定，而且使倾角传感器4与顶煤的相对位置固定，保证整体对顶煤运移轨迹的监测准确性，同时，卡扣便于拆装，从而提高测线3在测孔内拆装效率；
58.由上至下的连接方式不仅利于将测线3在测孔内拉直，保证相邻测点间的间距准确，而且在测线3上端固定后更便于测线3整体的依次固定，有效提高测线3的安装效率。
59.在一些实施例中，可通过长杆、伸缩杆等将测线3送入到测孔内。
60.在一些实施例中，步骤s5中，通过多个倾角传感器4分别获取多个测点的倾角，并根据多个倾角分别计算出多个测点的坐标包括：
61.s51：通过倾角传感器4分别获取多个测点的x轴的倾角α；
62.s52：通过倾角传感器4分别获取多个测点的y轴的倾角β；
63.s53：通过倾角传感器4分别获取多个测点的z轴的倾角γ；
64.s54：根据多个测点的x轴、y轴及z轴倾角分别计算出多个测点的x轴、y轴及z轴坐标值；
65.s55：根据多个测点的x轴、y轴及z轴坐标值分别计算出多个测点的坐标。
66.可以理解的是，通过测点在x轴、y轴及z轴上的倾角计算测点在x轴、y轴及z轴的坐标值，从而获得测点在空间中的坐标，从而保证了整体对顶煤运移轨迹的监测准确性。
67.在一些实施例中，步骤s54：根据多个测点的x轴、y轴及z轴倾角计算出多个测点的x轴、y轴及z轴坐标值包括：
68.s541：获取在测线3长度方向上相邻的测点间距；
69.s542：根据多个测点间距及多个测点的x轴、y轴及z轴倾角计算出多个测点的x轴、y轴及z轴坐标值。
70.可以理解的是，通过测点间距及x轴、y轴及z轴上的倾角计算测点在x轴、y轴及z轴的坐标值，保证了测点坐标的准确获取。
71.在一些实施例中，步骤s2：在测线3上沿测线3的长度方向依次设置多个测点包括：
72.s21：在测线3上沿测线3的长度方向依次等距设置多个测点。
73.可以理解的是，多个测点的等距分布使相邻测点之间的间距固定，从而便于计算出多个测点的坐标值，提高整体对顶煤运移轨迹的监测效率。
74.如图3所示，其中，多个倾角传感器4由测孔的下端向上端依次排序，序号为1、2、3...n，且相邻的测点之间间距为l，同时，最下端的倾角传感器4与测孔孔口的距离也为l，以测孔的孔口为坐标系的原点。
75.在顶煤运移过程中，倾角传感器4在x轴、y轴及z轴上位于0时刻时的初始倾角分别为α0、β0及γ0，倾角传感器4在x轴、y轴及z轴上位于t时刻时的倾角分别为α
t
、β
t
及γ
t
。
76.由此可推出，倾角传感器4在x轴、y轴及z轴上位于0时刻时的初始坐标值x0、y0及z0分别为：
77.x0＝lsinα0、y0＝lsinβ0、z0＝lsinγ0。
78.倾角传感器4在x轴、y轴及z轴上位于t时刻时的坐标值x
t
、y
t
及z
t
分别为：
79.x
t
＝lsinα
t
、y
t
＝lsinβ
t
、z
t
＝lsinγ
t
。
80.由此，获得各个倾角传感器4的x0、y0、z0以及x
t
、y
t
、z
t
，从而根据坐标值x0、y0、z0及x
t
、y
t
、z
t
计算出各个测点的初始坐标及t时刻时的坐标，从而得到顶煤的运移轨迹。
81.同时，如图3所示，第一个倾角传感器4在x轴、y轴及z轴上由0时刻到t时刻的位移量δx1、δy1及δz1分别为：
82.δx1＝l(sinα
0-sinα
t
)、δy1＝l(sinβ
0-sinβ
t
)、δy1＝l(sinγ
0-sinγ
t
)。
83.由此，第一个倾角传感器4的位移量δxyz1为：
84.由于坐标系的原点位于测孔的孔口，因此，第n个倾角传感器4在x轴、y轴及z轴上的位移量δxn、δyn、δzn分别为：
85.δxn＝δx1 δx2 δx3
……
δxn；
86.δyn＝δy1 δy2 δy3
……
δyn；
87.δzn＝δz1 δz2 δz3
……
δzn。
88.由此，第n个倾角传感器4位移量δxyzn为：
89.由此，获得各个倾角传感器4的位移量δxyzn，从而得到顶煤的运移状态。
90.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
91.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
92.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
93.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。