專利名稱：一種煤礦采場上覆巖梁斷裂帶高度及范圍確定方法
技術領域：
本發明涉及煤礦開采領域，尤其涉及煤礦開采過程中采場覆巖運動監測技術。
背景技術：
煤礦采場推進所引起的上覆巖 層運動，是造成采動圍巖應力場變化的根本原因，也是煤礦頂板垮塌事故、煤與瓦斯突出、沖擊地壓、井下透水事故和地表沉陷等災害的根源，實時監測采場上覆巖層破壞程度以及其運動狀態是預防災害事故發生的重要手段，而采場上覆巖梁斷裂帶高度及范圍是決定覆巖破壞程度、應力狀態以及其運動狀態的決定性因素，因此快速確定采場上覆巖梁斷裂帶高度及范圍對于保障煤礦安全具有重要意義。目前監測覆巖破壞程度的方法是鉆孔注水法和預埋位移計法。通過鉆孔注水法確定裂隙帶擴展范圍，通過預埋位移計法測量巖層變形。但是，裂隙擴展范圍和巖層變形均不能確切反映采場上覆巖梁斷裂帶高度。也就是說，即使上覆巖層有裂隙，但是該處巖梁不一定完全斷裂，現場實踐顯示上覆巖層水平裂隙的擴展一般高于豎向裂隙，鉆孔注水法不能區分兩類裂隙。同樣，即使上覆巖層有一定位移，該處巖梁也不一定完全斷裂，這種位移可能是由巖體彈性彎曲下沉導致的。所以上述兩種方法均不能監測出真實的采場上覆巖梁斷裂帶高度及范圍。另外，上述兩種方法耗費時間較長，成本較高。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種煤礦采場上覆巖梁斷裂帶高度及范圍的確定方法。由于每層巖梁的斷裂破壞都會在米場兩側巖體引起一次應力峰值，該方法通過采場兩側巖體應力的監測，根據應力變化數據即可準確、快速的推算出采場上覆巖梁斷裂帶高度及范圍。為達到上述目的，本發明采取的技術方案是一種煤礦采場上覆巖梁斷裂帶高度及范圍的確定方法，其特征在于，包括以下步驟第一步首先通過煤礦相應采區的地層綜合柱狀圖，得到采場上覆巖層結構，包括各個巖層的厚度及組成性質；第二步建立觀測點和監測系統在采場某一側巷道中建立觀測點，觀測點設在工作面煤壁前方40m范圍內，在觀測點向采場外側煤體鉆鑿一排水平的監測孔，所述監測孔距巷道底面高度lm，數量為4-6個，孔間距離為2-4m，孔深度為3-5m，直徑為42mm或45mm ;在監測孔中布置壓力傳感器；在采場推進方向距觀測點大于IOOm遠的位置設置數據采集設備；壓力傳感器的數據傳導線從孔口引出，并延伸接入數據采集設備；所述的采場某一側巷道是這樣確定的當煤層傾角不大于20°時，指采場的軌道順槽；當煤層傾角大于20°時，是指采場的運輸順槽。第三步監測采場兩側巖體應力，得到應力波動曲線
當采煤工作面距離觀測點等于1/4的采場寬度時，開始監測工作，壓力傳感器將監測到的采場兩側巖體的應力波動信號傳輸給數據采集設備，數據采集設備將收集到的信號傳遞到數據處理器；隨著工作面向前推進，監測點處圍巖的應力由初始應力開始升高，之后測點處圍巖的應力達到峰值；應力達到峰值后，監測點處的巖體開始破碎導致應力降低；隨工作面繼續推進，采場上覆第一巖梁斷裂，引起監測點處巖體應力再次升高，隨后又開始降低，之后每一層巖梁斷裂都會引起類似的應力波動；在采煤工作面越過數據采集設備(也就是觀測點處設備應持續觀測采煤工作面，當觀測點位于采空區時也一直觀測)后結束監測；數據分析處理器綜合分析應力波動數據，得到應力波動的曲線；第四步根據應力波動曲線峰值確定巖梁斷裂帶的高度及其范圍
由于采場上覆巖梁每一層斷裂都會有應力波峰值出現，進而根據應力波波峰值出現的次數得到采場上覆巖梁斷裂破壞的層數；再根據層數和已知的各個巖層的厚度以及采場寬度，即可得到巖梁斷裂帶的高度及其大致范圍。上述數據分析處理器，是指能實時顯示接收數據，以及通過內置程序對收集到的數據進行后期處理并提供USB接口和打印機接口的儀器。本發明具有以下有益技術效果本發明可應用于煤礦開采過程中采場覆巖運動監測領域，快速得到煤礦采場上覆巖梁斷裂帶高度及范圍，以估計覆巖破壞程度、運動狀態以及采場兩側支撐巖體的應力狀態。采用應力波監測代替位移監測，更能準確反映巖梁斷裂情況，而且設備成本大大降低。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步說明圖I為本發明所述的采場及巷道布置以及監測點配置示意圖；圖2為某采場上覆巖層綜合柱狀圖；圖3為本發明監測到的支撐巖體應力波動的曲線示意圖；圖4為根據本發明確定的采場上覆巖梁斷裂帶高度及范圍的示意圖。圖例說明I-采煤工作面，2-軌道順槽，3-監測孔，4-壓力傳感器，5-數據傳導線，6-數據采集設備。LO代表采場寬度，LI代表采煤工作面距離監測孔的距離，H代表巖梁斷裂帶的高度。
具體實施例方式下面以煤層傾角不大于20°時的煤礦為例具體說明本發明的技術方案。第一步首先通過煤礦相應采區的地層綜合柱狀圖，如圖2所示，得到采場上覆巖層結構，包括各個巖層的厚度及組成性質；第二步建立觀測點和監測系統如圖I所示，在采場軌道順槽2中建立觀測點，在觀測點向采場外側巖體鉆鑿一排水平的監測孔3，監測孔3距巷道底面高度lm，數量為4-6個，孔間距離為2_4m，孔深度為3-5m，直徑為42mm或45mm ;在監測孔3中布置壓力傳感器4 ;在采場推進方向距觀測點大于IOOm遠的位置設置數據采集設備6 ;壓力傳感器4的數據傳導線5從監測孔3孔口引出，并延伸接入數據采集設備6 ；第三步監測采場兩側巖體應力，得到應力波動曲線當采煤工作面距離觀測點等于1/4的采場寬度時(也就是當圖I中LI = 1/4L0時，LO為采場寬度)，開始監測工作，壓力傳感器4將監測到的采場兩側巖體的應力波動信號傳輸給數據采集設備6，數據采集設備6將收集到的信號傳遞到數據處理器；隨著工作面向前推進，監測點處圍巖的應力由初始應力開始升高，之后監測點處圍巖的應力達到峰值；應力達到峰值后，監測點處的巖體開始破碎導致應力降低；隨工作面繼續推進，采場上覆第一巖梁斷裂，引起監測點處巖體應力再次升高，隨后又開始降低，之后每一層巖梁斷裂都會引起類似的應力波動；在采煤工作面越過數據采集設備后結束監測；數據分析處理器綜合分析應力波動數據，得到應力波動的曲線；應力波動的曲線如圖3所示，圖3中A、B、C、D點為應力峰值；第四步根據應力波動曲線峰值確定巖梁斷裂帶的高度及其范圍由于采場上覆巖梁每一層斷裂都會有應力波峰值出現，進而根據應力波波峰值出現的次數得到采場上覆巖梁斷裂破壞的層數；再根據層數和已知的各個巖層的厚度以及采場寬度，即可得到巖梁斷裂帶的高度H及其大致范圍，如圖4所示。圖3中A、B、C、D點應力峰值，分別對應圖4中 第I、II、III、IV巖梁的斷裂。圖4中巖梁V代表支托層，本層未發生斷裂。
權利要求
1.ー種煤礦采場上覆巖梁斷裂帶高度及范圍確定方法，其特征在于，包括以下步驟第一歩首先通過煤礦相應采區的地層綜合柱狀圖，得到采場上覆巖層結構，包括各個巖層的厚度及組成性質； 第二步建立觀測點和監測系統 在采場某ー側巷道中建立觀測點，觀測點設在工作面煤壁前方40m范圍內，在觀測點向采場外側煤體鉆鑿ー排水平的監測孔，所述監測孔距巷道底面高度lm，數量為4-6個，孔間距離為2-4m，孔深度為3-5m，直徑為42mm或45mm ;在監測孔中布置壓カ傳感器；在采場推進方向距觀測點大于100m遠的位置設置數據采集設備；壓力傳感器的數據傳導線從孔ロ引出，并延伸接入數據采集設備； 所述的采場某ー側巷道是這樣確定的當煤層傾角不大于20°時，指采場的軌道順槽；當煤層傾角大于20°吋，是指采場的運輸順槽； 第三步監測采場兩側巖體應力，得到應カ波動曲線 當采煤工作面距離觀測點等于1/4的采場寬度時，開始監測工作，壓カ傳感器將監測到的采場兩側巖體的應カ波動信號傳輸給數據采集設備，數據采集設備將收集到的信號傳遞到數據處理器；隨著工作面向前推進，監測點處圍巖的應カ由初始應カ開始升高，之后測點處圍巖的應カ達到峰值；應カ達到峰值后，監測點處的巖體開始破碎導致應カ降低；隨工作面繼續推進，采場上覆第一巖梁斷裂，引起監測點處巖體應カ再次升高，隨后又開始降低，之后每ー層巖梁斷裂都會引起類似的應カ波動；在采煤工作面越過數據采集設備后結束監測；數據分析處理器綜合分析應カ波動數據，得到應カ波動的曲線； 第四歩根據應カ波動曲線峰值確定巖梁斷裂帶的高度及其范圍由于采場上覆巖梁每ー層斷裂都會有應カ波峰值出現，進而根據應カ波波峰值出現的次數得到采場上覆巖梁斷裂破壞的層數；再根據層數和已知的各個巖層的厚度以及采場寬度，即可得到巖梁斷裂帶的高度及其大致范圍； 上述數據分析處理器，是指能實時顯示接收數據，以及通過內置程序對收集到的數據進行后期處理并提供USB接口和打印機接ロ的儀器。
全文摘要
本發明公開了一種煤礦采場上覆巖梁斷裂帶高度及范圍確定方法，該方法通過監測采場兩側支撐壓力的變化，即特定形式的應力波，得到上覆巖梁斷裂的次數即層數，根據已知的巖層結構，即可得到采場上覆巖梁斷裂帶的高度及其范圍。本發明采用應力監測代替位移監測，更能準確反映巖梁斷裂情況，可應用于煤礦開采過程中采場覆巖運動監測領域，快速得到煤礦采場上覆巖梁斷裂帶高度，以估計覆巖破壞程度、運動狀態以及采場兩側支撐巖體的應力狀態，具有準確、快速、成本低以及適用性更強的特點。
文檔編號G01N33/24GK102955025SQ201210483350
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者文志杰, 蔣宇靜, 朱祝武, 王剛, 吳學震 申請人:山東科技大學