采空区充填围岩动态及支承压力在线监测系统

众所周知，由于工作面回采，使采场覆岩中的下位岩层失去了原始的平衡状态，发生离层、冒落，进而给上位岩层创造了发生运动的条件。随着采场不断推进，采动范围逐渐扩大，上覆岩层从下而上依次发生运动，根据不同部位岩层运动幅度的差异，把采场上覆岩层自下而上依次划分为冒落带、裂隙带和缓沉带。

同时，由于采空区区域内煤体的采出，原来由被采出的煤体承担的上覆岩层的重量将向采场四周的煤体上转移，在四周煤体上形成应力集中。一般情况下，支承压力集中系数k可达2-3。当kγh大于煤体的单向抗压强度时，煤体边缘就会出现塑性区，支承压力曲线如图1所示。当kγh不大于煤体的单向抗压强度时，煤体边缘就不会出现塑性区，支承压力曲线为一高峰在煤壁处的单调下降曲线，如图2所示。

充填开采时，由于充填体充满了采空区空间，上覆岩层失去了发生离层和下沉运动的空间几何条件；同时，由于充填体的支撑作用，改变了采场上覆岩层中下位岩层的力学边界条件，使下位岩层在煤体采出后一定时间内失去力学平衡但尚未发生明显离层和下沉的情况下，又及时获得了新的力学平衡，因此，不可能发生离层和下沉（冒落）运动。

同时，由于充填体的支撑作用，原来由被采出的煤体承担的上覆岩层的重量由充填体承担，不会向采场四周的煤体上转移，在四周煤体上不可能形成较大的应力集中现象。因而煤体边缘不会出现塑性区，支承压力曲线为一高峰在煤壁处的单调下降曲线，如图2所示。这种情况下，支承压力集中系数比非充填情况下小得多。

序号	指标	区别
序号	指标	一般开采	充填开采
1	覆岩运动范围	形成“三带”	没有冒落带
2	覆岩运动形式	直接顶冒落	不冒落
3	顶板下沉量	大	没有或很小
4	煤体应力集中系数	大	小
5	煤体塑性区	有	无
6	煤体应力曲线形态	高峰远离煤壁二次曲线	高峰在煤壁的单调下降曲线

通过在工程现场监测采空区上覆岩层运动情况和煤体支承压力分布情况，就可以真实的反映采场充填对顶底板岩层运动的控制效果，因此，确定系统的矿压监测指标如下：

其中，采空区顶板冒落情况是人工宏观观测，其他指标采用仪器监测。

采空区顶板运动(冒落)情况，可以直接反映充填对采场覆岩运动的控制效果。

充填体内顶底板移近量可以反映充填后采空区内顶底板移动情况（顶板下沉和底板鼓起）。该指标与“采空区顶板运动(冒落)情况”之间是互相验证，互为补充的关系。

充填体内的垂直应力可以反映充填密实度和接顶情况。若埋设在充填体底部（底板）的应力传感器受到的垂直应力接近于原岩垂直应力时，说明充填密实，充填体接顶效果好，否则，说明充填密实度低，接顶效果不好。

充填体的力学参数（单向抗压强度），可以反映充填材料凝固后的实际支撑能力，如果与设计的强度一致，说明充填基础材料的性质和似膏体制备工艺符合设计要求，否则需要改善。

工作面前方煤壁支承压力分布变化规律，可以间接反映采空区充填效果。如果工作面前方煤壁上分布的支承压力是高峰在煤壁的单调下降曲线，则说明采空区充填效果好；否则，若出现明显的塑性区，支承压力是一条高峰远离煤壁的二次曲线，则说明采空区上覆岩层中的垂直应力发生了转移，充填效果不好。

上述5个监测指标不是孤立的，既可以互相补充，也可以互相验证。

采空区充填围岩动态及支承压力在线监测的目的是：监测采空区充填效果。

GYY60T填充体应力传感器简介

GYY60T填充体应力传感器是一种测量单位面积上受力大小的应力传感器。主要用于监测煤矿采空区的填充效果，与填充体位移传感器配套使用。本传感器采用全密封结构，具有防爆、防水、安全可靠等特点。

填充体应力传感器采用应力应变原理，测量煤体或岩体所受的垂直载荷应力。应变计将变化量转换成电信号，经过变送器电路转换成数字信号输出。

测量范围：（0.00～60.00）Mpa；基本误差：±0.1Mpa;分辨率：0.01Mpa；

GUD1000T填充体位移传感器简介

GUD1000T填充体位移传感器采用高强度、可伸缩式结构设计，是一种测量采空区填充后顶、底板移近量变化的位移传感器。主要用于监测煤矿采空区的填充效果，与填充体应力传感器配套使用。本传感器采用全密封结构，具有防爆、防水、安全可靠等特点。

填充体位移传感器选用高精度电阻式测量原理，配置专用钢壳和活塞结构，用于防护填充体高强度压力对传感器的破坏，当活塞移动时电阻随之发生变化，电阻变化量与活塞变动量成正比，通过内部电路计算，可计算出活塞伸缩距离。