專利名稱：一種沖擊地壓的預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦山?jīng)_擊地壓或巖爆的預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
沖擊地壓又稱巖爆，是指井巷或工作面周圍巖體，由于彈性變形能的瞬時釋放而突然產(chǎn)生劇烈破壞的動力現(xiàn)象，常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象。它具有很大的破壞性，是煤礦重大災(zāi)害之一。沖擊地壓發(fā)生之前都有預(yù)兆，主要表現(xiàn)為:周期來壓顯現(xiàn)劇烈，切眼煤墻片幫，上下端頭冒頂，頂板下沉速度增大；打卸壓炮、卸壓孔時存在卡鉆和吸鉆現(xiàn)象。一般情況下，沖擊地壓發(fā)生在采掘工作面的應(yīng)力集中區(qū)。它的峰值越大，峰值位置距離煤壁越近，發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)性越大。沖擊地壓發(fā)生前煤巖變形停滯，頂?shù)装逡苿铀俣茸兙?，煤由工作面壓出也變緩。受到壓縮的煤層和發(fā)生變形的頂、底板以彈性變形的方式承受高壓，并積存大量變形能。通過監(jiān)測變形能變化引起的聲發(fā)射和微震活動，就可能推斷沖擊危險(xiǎn)程度。積存能量多，沖擊危險(xiǎn)性就大。如果是多次釋放，則釋放的規(guī)模小。如果是一次集中釋放，則沖擊強(qiáng)烈。沖擊地壓的預(yù)測方法，除了以往的經(jīng)驗(yàn)類比法外，大致可以分為兩類。一類是以鉆屑法為主的局部探測法，包括煤巖體變形觀測法、煤巖體應(yīng)力測量法、流動地音檢測法、巖餅法等。這類方法主要用于探測采掘局部區(qū)段的沖擊危險(xiǎn)程度，并且簡單易行、直觀可靠，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但這類方法的缺點(diǎn)是預(yù)測工作在時間、空間上不連續(xù)，費(fèi)工費(fèi)時。第二類是系統(tǒng)監(jiān)測方法，包括地音系統(tǒng)監(jiān)測法和微震系統(tǒng)監(jiān)測法，以及其他地球物理方法，如:電磁輻射、地溫、地磁等。該類方法根據(jù)連續(xù)記錄煤巖體內(nèi)出現(xiàn)的動力現(xiàn)象預(yù)測沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)。所依據(jù)的基本條件是巖體結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)破壞過程，是以超前出現(xiàn)的一系列物理現(xiàn)象為信息。這類方法可以實(shí)現(xiàn)在空間和時間上的連續(xù)監(jiān)測。但采用此方法維護(hù)管理較困難，分析數(shù)據(jù)和判定煤巖體的力學(xué)狀態(tài)難度較大，需要經(jīng)過長期試驗(yàn)，積累大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)才可準(zhǔn)確預(yù)測。因此，開發(fā)一種沖擊地壓鉆桿動參數(shù)預(yù)測方法，在鉆孔時采用拾振裝置將這些振動現(xiàn)象記錄下來，便可根據(jù)些振動現(xiàn)象的特征值判斷是否有沖擊危險(xiǎn)性?；蛘邔⑹罢裱b置采集到的信號作為鉆屑法監(jiān)測沖擊礦壓的主要指標(biāo)從而提高鉆屑法預(yù)測精度，對于提高煤礦安全預(yù)警度意義明顯。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)確度高的沖擊地壓的預(yù)測方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案包括以下步驟:
I)連接檢測裝置:將三維拾振連接套的一端固接在鉆桿上，確認(rèn)三維拾振連接套與信號收發(fā)機(jī)間的信號收發(fā)送正常后，再將三維拾振連接套的另一端與煤電鉆套接，開啟煤電鉆試運(yùn)轉(zhuǎn)；
所述三維拾振連接套由三維加速度傳感器和三維加速度傳感器兩端的連接裝置I和連接裝置II固定連接組成，所述三維加速度傳感器的外殼上固接有無線射頻收發(fā)芯片；信號收發(fā)機(jī)的外殼上固接有無線射頻收發(fā)芯片，所述的連接裝置I與煤電鉆套接，連接裝置II與鉆桿固接。2)預(yù)鉆孔:在非高應(yīng)力集中區(qū)預(yù)鉆孔Im并收集煤粉量，記錄鉆孔Im所需的時間，將該時間除以15取整得到頻譜曲線輸出間隔時間鉆孔時三維加速度傳感器同步采集鉆進(jìn)時鉆桿的三維振動情況，三維加速度傳感器外殼上固定的無線射頻收發(fā)芯片I將三維加速度傳感器采集到的三向加速度信號傳輸?shù)綆в袩o線射頻收發(fā)芯片II的信號收發(fā)機(jī)上存儲，存儲在信號收發(fā)機(jī)上的數(shù)字信號經(jīng)信號收發(fā)機(jī)上的頻譜模塊頻譜變換后得到數(shù)字信號的主振頻率并形成振動頻譜曲線。3)鉆孔與信號采集:啟動鉆機(jī)鉆孔，鉆孔時三維加速度傳感器同步采集鉆進(jìn)時鉆桿的三維振動，將三向加速度信號通過無線射頻收發(fā)芯片I傳輸?shù)叫盘柺瞻l(fā)機(jī)上存儲，每間隔時間^輸出一個頻譜曲線，記錄每個頻譜曲線的前8階主振頻率，輸出每階主振頻率隨時間或鉆孔深度變化曲線；每鉆孔Im后停止鉆進(jìn)，并收集煤粉量。4)沖擊地壓的預(yù)測:對于沒有沖擊地壓的正常鉆進(jìn)，鉆桿的縱向振動和橫向振動相當(dāng)于兩端簡支的梁振動力學(xué)模型，而當(dāng)卡鉆時，相當(dāng)于在梁中某點(diǎn)增加一個中間支座限制該點(diǎn)的徑向位移，則卡鉆時的橫向振動頻率會明顯增加，即在“橫向振動頻率-鉆孔深度”曲線表現(xiàn)出畸變；而當(dāng)發(fā)生鉆孔沖擊時，鉆桿縱向振動的端部條件發(fā)生改變，則鉆孔沖擊時的縱向振動頻率也會明顯增加，即在“縱向振動頻率-鉆孔深度”曲線同樣表現(xiàn)出畸變；
因此，根據(jù)步驟3)中主振頻率隨時間或鉆孔深度變化曲線的畸變點(diǎn)個數(shù)可預(yù)測煤層的沖擊地壓傾向性，再結(jié)合鉆屑量和步驟2)預(yù)鉆孔時所得到的振動頻譜曲線綜合預(yù)測沖擊地壓。進(jìn)一步的，步驟I)中所述的加速度傳感器采用內(nèi)置電荷放大器的壓電式加速度傳感器，鉆桿采用麻花鉆桿，煤電鉆采用在高應(yīng)力煤體中鉆￠42飛Omm鉆孔時所需的煤電鉆。本發(fā)明的有益效果是:根據(jù)鉆屑量、鉆桿橫向主振頻率和鉆桿縱向主振頻率等三個參數(shù)來預(yù)測煤體的沖擊趨向性，將鉆屑法中的輔助參數(shù)(吸鉆、卡鉆和鉆孔沖擊現(xiàn)象)數(shù)字化，避免了鉆屑法施工中因操作人員漏記而造成對沖擊地壓漏判現(xiàn)象；同時，將鉆進(jìn)時鉆桿振動的主振頻率作為主要預(yù)測參數(shù)，大大提高了沖擊地壓預(yù)測的準(zhǔn)確性。


圖1是本發(fā)明方法所采用裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖中:1、煤電鉆，2、三維拾振連接套，3、麻花鉆桿，4、鉆頭，5、無線射頻收發(fā)芯片I
，6、信號收發(fā)機(jī)，7、無線射頻收發(fā)芯片II，21、連接裝置I，22、三維加速度傳感器，21、連接
裝置II。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合 附圖1和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。一種沖擊地壓的預(yù)測方法，其步驟如下:
I)連接檢測裝置:將三維拾振連接套2的一端固接在鉆桿3上，確認(rèn)三維拾振連接套2與信號收發(fā)機(jī)6間的信號收發(fā)送正常后，再將三維拾振連接套2的另一端與煤電鉆I套接，開啟煤電鉆I試運(yùn)轉(zhuǎn)；
所述三維拾振連接套2由三維加速度傳感器22和三維加速度傳感器兩端的連接裝置I 21和連接裝置II 23固定連接組成，所述三維加速度傳感器22內(nèi)設(shè)有有無線射頻收發(fā)芯片I 5 ;信號收發(fā)機(jī)6內(nèi)設(shè)有無線射頻收發(fā)芯片II 7，所述的連接裝置I 21與煤電鉆I套接，連接裝置II 23與鉆桿3固接；
所述的加速度傳感器22采用內(nèi)置電荷放大器的壓電式加速度傳感器，鉆桿3采用麻花鉆桿，煤電鉆采用在高應(yīng)力煤體中鉆￠42飛Omm鉆孔時所需的煤電鉆。2)預(yù)鉆孔:在非高應(yīng)力集中區(qū)預(yù)鉆孔Im并收集煤粉量，記錄鉆孔Im所需的時間，將該時間除以15取整得到頻譜曲線輸出間隔時間鉆孔時三維加速度傳感器22同步采集鉆進(jìn)時鉆桿3的三維振動情況，三維加速度傳感器22外殼上固定的無線射頻收發(fā)芯片I 5將三維加速度傳感器22采集到的三向加速度信號傳輸?shù)綆в袩o線射頻收發(fā)芯片II 7的信號收發(fā)機(jī)6上存儲，存儲在信號收發(fā)機(jī)6上的數(shù)字信號經(jīng)信號收發(fā)機(jī)上的頻譜模塊頻譜變換后得到數(shù)字信號的主振頻率并形成振動頻譜曲線。3)鉆孔與信號采集:首先根據(jù)采高的3.5倍取整確定鉆孔深度并準(zhǔn)備鉆桿及螺紋型連接套，一切準(zhǔn)備就緒后啟動鉆機(jī)鉆孔，鉆孔時三維加速度傳感器22同步采集鉆進(jìn)時鉆桿的三維振動，將三向加速度信號通過無線射頻收發(fā)芯片I 5傳輸?shù)叫盘柺瞻l(fā)機(jī)6上存儲，每間隔時間^輸出一個頻譜曲線，記錄每個頻譜曲線的前8階主振頻率，輸出每階主振頻率隨時間或鉆孔深度變化曲線；每鉆孔Im后停止鉆進(jìn)，并收集煤粉量；
4)沖擊地壓的預(yù)測:對于沒有沖擊地壓的正常鉆進(jìn)，鉆桿的縱向振動和橫向振動相當(dāng)于兩端簡支的梁振動力學(xué)模型，而當(dāng)卡鉆時，相當(dāng)于在梁中某點(diǎn)增加一個中間支座限制該點(diǎn)的徑向位移，則卡鉆時的橫向振動頻率會明顯增加，即在“橫向振動頻率-鉆孔深度”曲線表現(xiàn)出畸變；而當(dāng)發(fā)生鉆孔沖擊時，鉆桿縱向振動的端部條件發(fā)生改變，則鉆孔沖擊時的縱向振動頻率也會明顯增加 ，即在“縱向振動頻率-鉆孔深度”曲線同樣表現(xiàn)出畸變；
因此，根據(jù)步驟3)中主振頻率隨時間或鉆孔深度變化曲線的畸變點(diǎn)個數(shù)可預(yù)測煤層的沖擊地壓傾向性，再結(jié)合鉆屑量和步驟2)預(yù)鉆孔時所得到的振動頻譜曲線綜合預(yù)測沖擊地壓。
權(quán)利要求
1.一種沖擊地壓的預(yù)測方法，其步驟為: 1)連接檢測裝置:將三維拾振連接套(2)的一端固接在鉆桿(3)上，另一端與煤電鉆(I)套接，開啟煤電鉆(I)試運(yùn)轉(zhuǎn)； 所述三維拾振連接套(2)由三維加速度傳感器(22)和三維加速度傳感器兩端的連接裝置I (21)和連接裝置II (23)固定連接組成，所述三維加速度傳感器(22)的外殼上固接有無線射頻收發(fā)芯片I (5);信號收發(fā)機(jī)(6)的外殼上固接有無線射頻收發(fā)芯片II (7)； 2)預(yù)鉆孔:在非高應(yīng)力集中區(qū)預(yù)鉆孔Im并收集煤粉量，記錄鉆孔Im所需的時間，將該時間除以15取整得到振動頻譜曲線輸出間隔時間鉆孔時三維加速度傳感器(22)同步采集鉆進(jìn)時鉆桿(3)的三維振動情況，無線射頻收發(fā)芯片I (5)將三維加速度傳感器(22)采集到的三向加速度信號傳輸?shù)綆в袩o線射頻收發(fā)芯片II (7)的信號收發(fā)機(jī)(6)上存儲，存儲在信號收發(fā)機(jī)(6)上的數(shù)字信號經(jīng)信號收發(fā)機(jī)上的頻譜模塊頻譜變換后得到數(shù)字信號的主振頻率并形成振動頻譜曲線； 3)鉆孔與信號采集:啟動鉆機(jī)鉆孔，鉆孔時三維加速度傳感器(22)同步采集鉆進(jìn)時鉆桿(3)的三維振動，將三向加速度信號通過無線射頻收發(fā)芯片I (5)傳輸?shù)叫盘柺瞻l(fā)機(jī)(6)上存儲，每間隔時間^輸出一個頻譜曲線，記錄每個頻譜曲線的前8階主振頻率，輸出每階主振頻率隨時間或鉆孔深度變化曲線；每鉆孔Im后停止鉆進(jìn)，并收集煤粉量； 4)沖擊地壓的預(yù)測:根據(jù)步驟3)中主振頻率隨時間或鉆孔深度變化曲線的畸變點(diǎn)個數(shù)可預(yù)測煤層的沖擊地壓傾向性，再結(jié)合鉆屑量和步驟2)預(yù)鉆孔時所得到的振動頻譜曲線綜合預(yù)測沖擊地壓。
2.如權(quán)利要求1所述的一種沖擊地壓的預(yù)測方法，步驟I)中所述的加速度傳感器(22)采用內(nèi)置電荷放大器的壓電式加速度傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種沖擊地壓的預(yù)測方法，步驟I)中所述的鉆桿(3)采用麻花鉆桿。`
4.如權(quán)利要求1所述的一種沖擊地壓的預(yù)測方法，步驟I)中所述的煤電鉆(I)采用在高應(yīng)力煤體中鉆￠42飛Omm鉆孔時所需的煤電鉆。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種沖擊地壓的預(yù)測方法。本發(fā)明采取在煤電鉆(1)和鉆桿(3)之間固接三維拾振連接套(2)，由三維拾振連接套(2)同步采集鉆進(jìn)時鉆桿的三維振動信號，該振動信號由三維拾振連接套(2)上的無線射頻收發(fā)芯片(5)無線傳輸?shù)叫盘柺瞻l(fā)機(jī)(6)上存儲，每間隔時間T輸出一個頻譜曲線，記錄每個頻譜曲線的前8階主振頻率，輸出每階主振頻率隨鉆孔深度或時間變化曲線，然后根據(jù)主振頻率隨鉆孔深度或時間變化曲線的畸變點(diǎn)個數(shù)預(yù)測煤層的沖擊地壓傾向性，再結(jié)合鉆屑量以及與鉆孔時得到的振動曲線綜合預(yù)測沖擊地壓。本發(fā)明將吸鉆、卡鉆和鉆孔沖擊現(xiàn)象數(shù)字化，大大提高了沖擊地壓預(yù)測的準(zhǔn)確性。
文檔編號E21F17/18GK103104294SQ20131004021
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者李青鋒, 朱川曲, 李樹清 申請人:湖南科技大學(xué)