[發明專利]沖擊煤體擴容量的定量觀測確定方法

有效

• 申請號: 201410379987.2
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104101313A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 潘立友;陳理強
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

技術領域

本發明屬于煤礦開采技術領域。

背景技術

沖擊地壓是世界范圍內煤礦礦井中最嚴重的自然災害之一。災害是以突然、急劇、猛烈的形式釋放煤巖變形能,煤巖被拋出,造成支架損壞,巷道堵塞,并產生巨大的響聲和巖體振動。沖擊地壓是開采過程中誘發并伴有微震活動和彈性能突然釋放的煤巖體結構的破壞過程。沖擊煤體的突然破壞伴隨體積快速擴大，這種現象就是擴容。《巖石力學與工程》學報2002年52期潘立友等人提出了“煤層沖擊地壓的擴容理論”。該理論以沖擊媒體破裂與失穩過程的試驗、數值模擬計算研究為基礎,將煤體的破裂變形分為三個階段:彈性階段、非線性階段與突變階段。用三個特征量描述了煤體擴容變化的過程:體積壓縮、穩定擴容及擴容突變。建立了沖擊地壓的擴容模型,擴容理論解釋了沖擊地壓前兆信息的穩定性與突變性,是沖擊地壓前兆信息識別的理論基礎。所述的煤體擴容是指采煤過程中煤層深部某點的體積大于原始體積的現象。當煤層深部某點有一個方向受壓收縮時，另外兩個方向就表現擴張，如果三個方向的變化之和相等，說明體積沒有變化；如果三個方向的變化之和大于零，即前后與左右的變形大于上下的變形，則表現為體積大于原始體積，說明有擴容現象發生。

經研究，沖擊煤體巷道變形擴容破壞是一個長期的過程，在初始階段，巷道表面出現圍巖裂隙發育、小范圍破碎、支護體出現異常等顯現，然后破壞范圍伸向巷道深部區域，在巷道深部出現不同程度擴容顯現。

目前，煤礦隨著開采深度增加、大斷面巷道開采技術的應用、大采高開采機械化的推廣應用、巷道斷面的增加，使巷道承受到來自構造、原始高應力及動壓的作用，出現不連續的變形，造成局部沖擊顯現，破壞過程的擴容效應突出。特別是在深部煤層的采動影響下，巷道變形破壞出現反復加劇現象，破壞深度會較大，對沖擊地壓預警有更高要求。因此，在煤礦巷道掘進后，一般要對設計巷道的易發生沖擊地壓的區域進行評估，當煤層開采到該區域時以便采取預警措施。

因此，為了滿足多構造、高應力、大埋深條件下的沖擊煤層巷道的預警要求，需要發明一種沖擊煤層巷道擴容過程顯現的定量觀測確定方法。

中國專利CN102914393公開了一種主動承壓式可定位鉆孔應力計及其使用方法，它具有主動承壓功能，能及時判定動應力的變化規律，全程動態定量監測危險區域的應力變化情況，為沖擊危險預測預防提供可靠的數據；并且可根據應力計安裝方位，可對某個方向的應力變化進行連續觀測，進一步確定力的方向，便于對沖擊地壓有針對性的預防。但是，這種應力計還沒有用于監測沖擊煤層巷道擴容過程的先例。

發明內容

本發明的目的是為了滿足多構造、高應力、大埋深條件下的沖擊煤層巷道的預警要求，發明一種沖擊煤體擴容量的定量觀測確定方法。

本發明的技術方案是：

一種沖擊煤體擴容量的定量觀測確定方法，步驟如下：

第一步：在已經掘進出的煤層巷道中，選擇易發生沖擊地壓區域的一個斷面的側幫向圍巖中施工三個水平觀測鉆孔作為監測點，鉆孔深度應大于8.0m；其中兩個相鄰的鉆孔用于安裝位移觀測裝置，剩下的一個鉆孔用于安裝應力觀測裝置；

第二步：將應力觀測裝置和兩個位移觀測裝置分別安裝上述的鉆孔中；要求應力觀測裝置的受力方向為豎直方向，兩個位移觀測裝置安裝在不同的深度上，即兩個位移觀測裝置在鉆孔深度方向上錯開一定距離；

上述的應力觀測裝置采用主動承壓式可定位鉆孔應力計；

上述的位移觀測裝置的構造是，它包括一根可插入鉆孔中的桿件，桿件的兩端分別設有固定體，通過兩端的固定體使桿件兩端固定在鉆孔中，桿件的孔口段設有位移傳感器；

第三步：在鉆孔外布置應力顯示儀和位移顯示儀，將應力觀測裝置的應變片與應力顯示儀接通；兩個位移顯示儀分別和兩個位移觀測裝置的位移傳感器接通；

第四步：對巷道擴容破壞過程進行連續觀測

在采煤過程中，通過應力顯示儀連續記錄觀測監測點的豎向應力大小，根據現有的煤層應力應變關系得到煤層應變值即監測點煤層的豎向位移量；通過位移顯示儀連續記錄兩個孔的前后位移量，兩個孔的前后位移量相減即得到監測點煤層的前后位移量；

第五步：擴容量的確定