[發(fā)明專利]一種工作面頂板來壓及破斷的監(jiān)測方法

有效

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• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN105756709B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設計）人: 陸菜平;王洪宇;劉洋
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所32205
• 代理人: 華德明

技術領域

本發(fā)明涉及煤礦工作面監(jiān)測技術領域，具體是一種工作面頂板來壓及破斷的監(jiān)測方法。

背景技術

工作面頂板來壓及破斷是煤礦開采過程中劇烈的礦山壓力顯現(xiàn)現(xiàn)象，監(jiān)測工作面頂板來壓對礦山安全生產具有重要意義。

在目前的機械化開采條件下，液壓支架已經得到了普遍的使用，工作面頂板來壓對于煤礦生產的危害已經很小，但是在煤礦生產過程中，掌握礦壓特征顯現(xiàn)規(guī)律，對采場頂板來壓的預測預報、巖層移動的計算與控制具有重要作用；對地質條件較為復雜的特殊礦井而言，工作面頂板來壓及破斷的監(jiān)測工作，仍然需要引起足夠的重視，這些特殊礦井包括煤與瓦斯突出礦井、頂板厚度大且硬度高的礦井、沖擊礦壓災害較為嚴重的礦井等，就目前的煤礦生產而言，監(jiān)測工作面頂板來壓的方法主要有兩類：

1.人工觀察測量法，根據(jù)工作面煤壁片幫狀況和頂板斷裂發(fā)出的聲響頻率等來判斷工作面頂板來壓強度，這種方法定性判斷頂板的來壓行為，由于受主客觀因素的影響，監(jiān)測精度差，并且常由于人為因素帶來較大的誤差。

2.液壓支架工作阻力監(jiān)測法，通過監(jiān)測液壓支架的工作阻力變化來監(jiān)測工作面頂板來壓，并以此為基礎確定來壓步距，這種方法通過實測來壓期間的液壓支架工作阻力平均值除以非來壓期間支架工作阻力平均值來確定來壓強度，顯然，這種方法所監(jiān)測到的支架工作阻力并不能直接反應老頂?shù)膩韷呵闆r，所以，以此確定的來壓強度和來壓步距也存在較大誤差。

綜上所述，目前，現(xiàn)有技術中還沒有一種可以及時準確監(jiān)測工作面頂板來壓的監(jiān)測方法。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種工作面頂板來壓及破斷的監(jiān)測方法，該方法可以對工作面來壓狀況進行實時監(jiān)測，降低常規(guī)來壓監(jiān)測方法所帶來的誤差，能夠在惡劣的環(huán)境中快速、準確地對井下工作面頂板來壓進行監(jiān)測，并且反饋及時，能夠有效減少因工作面頂板來壓引起的煤礦頂板安全事故，從而降低了礦井及工人的生命和財產損失。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種工作面頂板來壓及破斷的監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟一：選擇垂直鉆孔底部位置，根據(jù)地質綜合柱狀圖中各分層的巖性，選擇煤層基本頂中較為穩(wěn)定的部分作為鉆孔底部；

步驟二：鉆孔布置，工作面運輸平巷和工作面回風平巷掘進完成后，在工作面運輸平巷和工作面回風平巷的頂部分別打對稱分布的垂直鉆孔至選定的鉆孔底部位置；

步驟三：在鉆孔底部安裝振動加速度傳感器，此時兩個對稱鉆孔形成一條監(jiān)測線，用來監(jiān)測一個來壓步距內工作面基本頂來壓情況；

步驟四：沿工作面推進方向，監(jiān)測線間距選定為基本頂來壓步距；

步驟五：選擇振動信號采集與分析系統(tǒng)，對同一監(jiān)測線中的兩個振動加速度傳感器所得數(shù)據(jù)取平均值；并通過數(shù)據(jù)處理得到振動信號時頻、能量信息，從而得到來壓強度、頂板下沉量的信息；

步驟六：根據(jù)工作面頂板來壓情況，及時調整工作面支護條件，直到工作面推進一個來壓步距，然后監(jiān)測系統(tǒng)更換為下一監(jiān)測線繼續(xù)工作。

振動加速度傳感器為礦用本安類型。

所述振動加速度傳感器通過磁力吸座、螺釘或粘接劑安裝在鉆孔底部。

來壓步距的計算公式如下：

式中：a_i0——現(xiàn)有工作面的來壓步距；

w_i0——現(xiàn)有工作面的邊-長系數(shù)；

l_m——頂板的步距準數(shù)；

其次，將l_m和待求的工作面面長b代入公式(2)中，即得所求來壓步距。

本發(fā)明針對目前煤礦井下工作面來壓監(jiān)測不及時、不準確的背景下，利用振動加速度傳感器對工作面來壓狀況進行實時監(jiān)測，在工作面兩巷頂部分別打垂直鉆孔至煤層基本頂，并在鉆孔底部安裝振動加速度傳感器，此兩個對稱鉆孔形成一條監(jiān)測線，用來監(jiān)測一定時期內工作面前方基本頂來壓情況，按照一定間距在兩巷中布置類似監(jiān)測線鉆孔，監(jiān)測線間距為基本頂來壓步距，此步距可根據(jù)本采區(qū)相鄰工作面或本礦井中相鄰采區(qū)工作面基本頂來壓步距進行估算，將此方法配備相應的采集與分析系統(tǒng)，使其能夠對振動信號進行時頻分析，根據(jù)時頻規(guī)律特征對不同活動進行區(qū)分并進行能量分析，從而得到反映工作面頂板來壓的有用信息，最后得出實時來壓強度及頂板下沉量；該方法對于工作面頂板來壓的監(jiān)測實時性強、連續(xù)性好、可靠性高，改變了傳統(tǒng)頂板來壓監(jiān)測方法的局限性，具有廣泛的實用性，為煤礦井下安全生產提供指導。

附圖說明

圖1是沿工作面推進方向鉆孔布置示意圖；