[發明專利]一種采掘工作面地應力分布特征探測方法

有效

• 申請號: 201410028572.0
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103775073A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 楊威;林柏泉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21F17/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種采掘工作面地應力分布特征探測方法，尤其適用于探測巷道掘進工作面前方地應力分布特征，也適用于在回采工作面通過多個探測孔來探測回采工作面前方地應力分布特征。

背景技術

在具有突出危險性的煤層內進行采掘作業時，在瓦斯壓力較高、地應力較大、煤巖體比較松散時，很容易發動煤與瓦斯突出；同時在高地應力區域掘進巷道也很容易發生巖爆，這些對職工生命安全都構成了極大的危害。不論是煤與瓦斯突出還是巖爆都和工作面前方地應力分布狀態有著密切的關系：采掘工作面前方地應力峰值距離工作面越近、峰值越大就越容易發動煤與瓦斯突出。準確及時地探測采掘工作面前方地應力峰值的位置對于預測煤與瓦斯突出危險性和巖爆危險性有著重要的指導意義。目前，國內外雖然可以直接測試地應力，但是一般都是點預測模式，很難實現大規模測試，更難實現地應力分布特征的探測，而本發明將提供一種可行的方法。

發明內容

技術問題：本發明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種采掘工作面地應力分布特征探測方法，通過探測振動波在采掘工作面前方不同位置處煤巖體內傳播的速度來分析采掘工作面前方地應力分布狀態，并可以根據地應力峰值距離采掘工作面的距離來預測煤與瓦斯突出危險性或巖爆危險性。

技術方案：本發明的采掘工作面地應力分布特征探測方法，包括以下步驟：

a、在從掘進頭沿煤巖層向巷道前方施工鉆孔之前，在掘進頭處鉆孔兩側的煤巖體內安裝振動傳感器一；

b、用鉆機從掘進頭沿煤巖層向巷道前方施工鉆孔，鉆頭每前進0.5-2m暫停鉆進，每次暫停時都在鉆桿的外露端上緊密固定振動傳感器二；

c、每次暫停鉆進后，用鉆頭頂部撞擊孔底發生振動，使振動傳感器一和振動傳感器二同步接收振動信號，并將信號實時傳遞給信號接收器，每次接收振動信號之后將振動傳感器二與鉆桿分離；

d、重復步驟b、c，直至鉆孔施工完畢；

e、根據振動波在鉆桿內的傳播速度、鉆桿長度、不同位置振動傳感器一和振動傳感器二接收到的振動信號時間差、振動傳感器二的位置、鉆孔角度，計算出振動信號在掘進頭前方不同位置處煤巖體內的傳播速度；

f、根據振動波速和地應力的對應關系，通過掘進頭前方不同位置處煤巖體內振動波速的分布特征來分析地應力分布特征。

有益效果：本發明通過探測波速差異來探測地應力分布的差異，適用于探測巷道掘進工作面前方地應力分布特征，也適用在回采工作面通過多個探測孔來探測回采工作面應力分布，對于突出煤層內的采掘工作面煤與瓦斯突出危險性預測有著重要的意義。在具有突出危險性的煤層內實施采掘作業時，煤與瓦斯突出危險性主要受到地應力分布、瓦斯壓力分布和煤體強度分布等的綜合影響，準確預測采掘工作面前方地應力分布狀態對于預測煤與瓦斯突出危險性有著重要的指導意義。由于采掘工作面位置不斷移動，采掘工作面前方地應力分布不斷變化，長期以來地應力分布很難做到及時探測。本發明可在采掘工作面循環作業過程中，在采掘工作面正常施工防突鉆孔、或者預測鉆孔的過程中，完成對采掘工作面前方地應力分布的探測，明確地應力峰值距離工作面的距離。在采掘的整個過程中，當探測到地應力峰值向工作面靠近時則突出危險性增大，當地應力峰值遠離工作面時突出危險性變小。其測試方法簡單，操作性強，效果好，在本技術領域內具有廣泛的實用性。

附圖說明

圖1是本發明采掘工作面地應力分布特征探測方法示意圖。

圖中：1-巷道，2-鉆機，3-振動傳感器一，4-振動傳感器二，5-振動發生點，6-鉆桿，7-掘進頭。

具體實施方式

下面結合附圖中的實施例對本發明作進一步的描述：

本發明的巷道掘進工作面地應力分布特征探測方法：在巷道1掘進的過程中，在每掘進一段距離都通過探測掘進頭7前方不同位置處用振動產生波速的分布特征來反算地應力分布特征，并用于預測煤與瓦斯突出危險性，具體步驟如下：

a、在從掘進頭7沿煤巖層向巷道1前方施工鉆孔之前，在掘進頭7處鉆孔兩側的煤巖體內安裝振動傳感器一3，振動傳感器一3在工作狀態時實時檢測到沿煤巖體傳遞的振動信號；

b、用鉆機2從掘進頭7沿煤巖層向巷道1前方施工鉆孔，鉆頭每前進0.5-2m后暫停鉆進，且每次暫停時都在鉆桿6的外露端上設置振動傳感器二4，使振動傳感器二4和鉆桿6緊密結合在一起，以便實時檢測到沿鉆桿6傳播的振動信號；