專利名稱：煤礦沖擊地壓綜合預(yù)警觀測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
沖擊地壓是世界范圍內(nèi)煤礦中最嚴重的自然災(zāi)害之一。我國大多數(shù)礦山的煤層與巖層都具有不同程度的沖擊傾向性，在一定的臨界深度下煤巖沖擊極為嚴重，特別是隨著我國煤礦開采深度以每年約20m的深度不斷增加，沖擊地壓越來越嚴重，已成為制約我國礦山生產(chǎn)和安全的主要重大災(zāi)害性事故之一。盡管國內(nèi)外學(xué)者在沖擊地壓發(fā)生機理、監(jiān)測手段及控制技術(shù)等研究方面取得了重要進展，但還遠沒有從根本上解決其有效預(yù)測和防治問題。我國煤礦礦井大多建于五六十年代，隨著時間推移和礦產(chǎn)資源開發(fā)向深部轉(zhuǎn)移，這些礦井將進入深部開采，沖擊地壓災(zāi)害問題將更趨嚴重、更為突出、更為普遍。在沖擊地壓預(yù)測與防治方面，由于對開采后上覆巖層運動變化規(guī)律及采場圍巖應(yīng)力場的時空分布規(guī)律不清，開拓與回采的決策理論不完善，目前在沖擊地壓煤層的采掘設(shè)計基本上依靠統(tǒng)計經(jīng)驗來決策，因而經(jīng)常出現(xiàn)在高應(yīng)力區(qū)內(nèi)、孤島與半孤島煤柱中進行采掘工作，為沖擊地壓的發(fā)生提供了力源條件。由于沒有把握復(fù)雜高應(yīng)力和大埋深條件下的沖擊煤巖層破壞過程的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律，因而對沖擊地壓發(fā)生的時間、地點及強度等沒有達到定量預(yù)計的程度；沖擊地壓礦井普遍采用的信息采集技術(shù)，其測試參數(shù)不完善，監(jiān)測的信息還不十分可靠，只能進行沖擊地壓的定性監(jiān)測；對監(jiān)測到的信息沒有從理論上、實驗上、 方法上進行綜合處理，其反饋信息對沖擊地壓預(yù)測的可靠性較差。所以目前沖擊地壓控制是全面防治，造成大量的人力、物力的浪費，極大地影響生產(chǎn)組織，降低了生產(chǎn)效率。在沖擊地壓預(yù)測預(yù)報方面，近幾年來這方面的研究取得了重大的進展，但在在動態(tài)應(yīng)力范圍、高應(yīng)力區(qū)能量釋放特征的定量觀測方面，還沒有形成系統(tǒng)、可靠的觀測方法，特別是深井條件下，巖層的軟化作用明顯，其動應(yīng)力范圍的判斷準則很難建立，目前的觀測手段與方法很難取得定量數(shù)值。。所以，我國煤礦沖擊地壓煤層的開采設(shè)計和實施仍然停留在對開采覆巖運動和應(yīng)力場分布發(fā)展規(guī)律不清的發(fā)展階段。這是當(dāng)前煤礦沖擊地壓事故頻繁，特別是重大災(zāi)害事故沒有從根本上得到控制，開采經(jīng)濟效益低的重要原因之一。理論研究和生產(chǎn)實踐證明，沖擊地壓事故幾乎都與采掘工作面覆巖運動破壞和應(yīng)力場應(yīng)力大小及分布密切聯(lián)系在一起。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為完善煤礦沖擊地壓危險性預(yù)測的可靠性問題，提出一種綜合預(yù)警觀測方法。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是第一步獲得沖擊地壓煤層的高應(yīng)力場范圍在沖擊地壓煤層工作面開采過程中，首先在回采巷道中沿工作面前進方向，每間隔10-20米布置一臺頂板動態(tài)儀，進行連續(xù)觀測頂板下沉速度，從而獲得頂板下沉速度突變的地點；然后在該地點逐步縮小頂板動態(tài)儀的間隔距離，繼續(xù)連續(xù)觀測頂板下沉速度，直至逼近準確的超前壓力范圍值,該范圍確定為頂板高應(yīng)力場范圍。第二步人為干預(yù)觀測擾動范圍在回采巷道中，從高應(yīng)力場邊緣處開始，沿工作面前進方向每間隔5-10m布置一臺高敏感應(yīng)力計，布置4臺以上；并在動應(yīng)力場范圍內(nèi)的應(yīng)力峰值位置向煤層中鉆3-5個孔，孔間距3-5m，孔深8-10米，孔中裝入炸藥，一次爆破；爆破后爆轟波在煤層中傳播并逐漸衰減，同時高敏感應(yīng)力計觀測記錄到應(yīng)力波數(shù)據(jù)，根據(jù)每臺應(yīng)力波顯示數(shù)據(jù)的大小從而確定出動壓區(qū)能量釋放的擾動范圍。第三步全方位動態(tài)監(jiān)測在上述確定的高應(yīng)力場范圍與擾動范圍內(nèi)的巷道中，布置埋設(shè)多組敏感壓力傳感器，組與組之間的間距根據(jù)應(yīng)力分布規(guī)律定為20-40m，每組埋設(shè)2-3個間距O. 5m的2_3個敏感壓力傳感器，且每組的的傳感器在不同深度上；埋設(shè)時首先向圍巖中鉆孔，將敏感壓力傳感器澆筑在鉆孔中，并將傳感器信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集處理器上；在工作面開采中，數(shù)據(jù)采集處理器及時處理應(yīng)力場的變化數(shù)據(jù)，當(dāng)達到系統(tǒng)設(shè)置的預(yù)警參數(shù)時，進行報警，從而實現(xiàn)煤礦沖擊地壓危險性監(jiān)測預(yù)警。本發(fā)明的積極效果是通過將采掘工作面覆巖運動破壞和應(yīng)力場應(yīng)力大小及分布密切聯(lián)系在一起進行綜合監(jiān)測，從而預(yù)測出沖擊地壓發(fā)生的危險性并及時報警措施，避免沖擊地壓危險事故的發(fā)生。


圖I是本發(fā)明頂板動態(tài)儀布置及動應(yīng)力場示意圖；圖2是本發(fā)明人為干預(yù)誘發(fā)與觀測儀器布置示意圖；圖3是本發(fā)明全方位動態(tài)監(jiān)測示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合

本發(fā)明的實施。第一步獲得動應(yīng)力場范圍如圖I所示，在沖擊地壓煤層工作面開采過程中，首先在回采巷道中沿工作面前進方向，每間隔10-20米布置一臺頂板動態(tài)儀，進行連續(xù)觀測頂板下沉速度，從而獲得頂板下沉速度突變的地點；然后在該地點逐步縮小頂板動態(tài)儀的間隔距離，繼續(xù)連續(xù)觀測頂板下沉速度，直至逼近準確的超前壓力范圍值，該范圍確定為頂板動應(yīng)力場范圍。第二步人為干預(yù)確定擾動范圍如圖2所示，在回采巷道中，從動應(yīng)力場邊緣處開始，沿工作面前進方向每間隔 5-10m布置一臺高敏感應(yīng)力計，布置4臺以上；并在動應(yīng)力場范圍內(nèi)的應(yīng)力峰值位置向煤層中鉆3-5個孔，孔間距3-5m，孔深8-10米，孔中裝入炸藥，一次爆破；爆破后爆轟波在煤層中傳播并逐漸衰減，同時高敏感應(yīng)力計觀測記錄到應(yīng)力波數(shù)據(jù)，根據(jù)每臺應(yīng)力波顯示數(shù)據(jù)的大小從而確定出動壓區(qū)能量釋放的擾動范圍。第三步全方位動態(tài)監(jiān)測在上述確定的高應(yīng)力場范圍與擾動范圍內(nèi)的巷道中，布置埋設(shè)若干組敏感壓力傳感器，如圖3所示，組與組之間的間距根據(jù)應(yīng)力分布規(guī)律定為20-40m，每組埋設(shè)2-3個間距 O. 5m的2-3個敏感壓力傳感器，且每組的的傳感器在不同深度上；埋設(shè)時首先向圍巖中鉆孔，將敏感壓力傳感器澆筑在鉆孔中，并將傳感器信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集處理器上；在工作面開采中，數(shù)據(jù)采集處理器及時處理應(yīng)力場的變化數(shù)據(jù)，當(dāng)達到系統(tǒng)設(shè)置的預(yù)警參數(shù)時，進行報警，從而實現(xiàn)煤礦沖擊地壓危險性監(jiān)測預(yù)警。
權(quán)利要求
1.一種煤礦沖擊地壓綜合預(yù)警觀測方法，其特征在于，第一步獲得沖擊地壓煤層的高應(yīng)力場范圍在沖擊地壓煤層工作面開采過程中，首先在回采巷道中沿工作面前進方向，每間隔 10-20米布置一臺頂板動態(tài)儀，進行連續(xù)觀測頂板下沉速度，從而獲得頂板下沉速度突變的地點；然后在該地點逐步縮小頂板動態(tài)儀的間隔距離，繼續(xù)連續(xù)觀測頂板下沉速度，直至逼近準確的超前壓力范圍值，該范圍確定為頂板高應(yīng)力場范圍；第二步人為干預(yù)觀測擾動范圍在回采巷道中，從高應(yīng)力場邊緣處開始，沿工作面前進方向每間隔5-10m布置一臺高敏感應(yīng)力計，布置四臺以上；并在動應(yīng)力場范圍內(nèi)的應(yīng)力峰值位置向煤層中鉆3-5個孔，孔間距3-5m，孔深8-10米，孔中裝入炸藥，一次爆破；爆破后爆轟波在煤層中傳播并逐漸衰減，同時高敏感應(yīng)力計觀測記錄到應(yīng)力波數(shù)據(jù)，根據(jù)每臺應(yīng)力波顯示數(shù)據(jù)的大小從而確定出動壓區(qū)能量釋放的擾動范圍；第三步全方位動態(tài)監(jiān)測在上述確定的高應(yīng)力場范圍與擾動范圍內(nèi)的巷道中，布置埋設(shè)多組敏感壓力傳感器， 組與組之間的間距根據(jù)應(yīng)力分布規(guī)律定為20 40m，每組埋設(shè)2-3個、間距O. 5m的2_3個敏感壓力傳感器，且每組的的傳感器在不同深度上；埋設(shè)時首先向圍巖中鉆孔，將敏感壓力傳感器澆筑在鉆孔中，并將傳感器信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集處理器上；在工作面開采中，數(shù)據(jù)采集處理器及時處理應(yīng)力場的變化數(shù)據(jù)，當(dāng)達到系統(tǒng)設(shè)置的預(yù)警參數(shù)時，進行報警，從而實現(xiàn)煤礦沖擊地壓危險性監(jiān)測預(yù)警。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤礦沖擊地壓綜合預(yù)警觀測方法，它首先獲得沖擊地壓煤層的高應(yīng)力場范圍；然后人為干預(yù)觀測擾動范圍；最后全方位動態(tài)監(jiān)測。本發(fā)明通過將采掘工作面覆巖運動破壞和應(yīng)力場應(yīng)力大小及分布密切聯(lián)系在一起進行綜合監(jiān)測，從而預(yù)測出沖擊地壓發(fā)生的危險性并及時報警措施，避免沖擊地壓危險事故的發(fā)生。
文檔編號E21F17/18GK102587983SQ201210022940
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者潘立友 申請人:山東科技大學(xué)