[發(fā)明專利]一種通過現(xiàn)場測量煤體軟化模量指數(shù)判斷沖擊傾向性的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810483344.0
• 申請(qǐng)日: 2018-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN108710759B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖永惠;朱小景;潘一山;馬簫;李祁;羅浩;徐連滿;李國臻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧大學(xué);遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21C39/00
• 分類號(hào): E21C39/00;G06F17/10
• 代理公司: 沈陽杰克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 鄭賢明

一種通過現(xiàn)場測量煤體軟化模量指數(shù)判斷沖擊傾向性的方法，具體為：首先，在巷道內(nèi)使用鉆機(jī)向巷道煤壁打鉆，記錄排出的煤粉量和對(duì)應(yīng)的鉆孔深度；其次，繪制煤粉量與鉆孔深度的關(guān)系曲線，求得巷道破碎區(qū)半徑和軟化區(qū)半徑；然后，根據(jù)煤體軟化模量指數(shù)公式計(jì)算打鉆處的實(shí)際煤體軟化模量指數(shù)，判斷煤體沖擊傾向性；進(jìn)而，以此方法測得整個(gè)采區(qū)或采面的煤體沖擊傾向性分布情況。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于直接在煤礦井下測量求得煤體沖擊傾向性，彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室檢測煤體沖擊傾向性方法存在的測試結(jié)果與實(shí)際結(jié)果偏差大、難以代表現(xiàn)場實(shí)際值的不足，特別適用于軟弱煤體無法取樣的情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種煤礦井下煤體沖擊傾向性檢測方法，具體為一種通過井下現(xiàn)場測量煤體軟化模量指數(shù)判斷沖擊傾向性的方法。

背景技術(shù)

隨著煤礦開采深度的增大，沖擊地壓越來越嚴(yán)重。沖擊地壓的發(fā)生常造成巷道坍塌、支架破壞，嚴(yán)重威脅到煤礦井下工作人員的生命安全。

煤體軟化模量指數(shù)K_λ是煤體壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線中強(qiáng)度峰值后軟化模量λ與峰值強(qiáng)度前彈性模量E的比值(即K_λ＝λ/E)，是煤體的固有性質(zhì)，是衡量煤體沖擊傾向性強(qiáng)弱的一個(gè)重要指標(biāo)，也是判斷井下沖擊危險(xiǎn)性的主要依據(jù)。現(xiàn)有的煤體軟化模量指數(shù)測量方法是通過在實(shí)驗(yàn)室對(duì)煤樣進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，獲取煤樣的應(yīng)力應(yīng)變曲線，從而得到軟化模量λ與彈性模量E的，其存在的問題是：從煤礦井下采取煤樣，再經(jīng)過切割、研磨等工序加工成標(biāo)準(zhǔn)煤體試件，力學(xué)性質(zhì)會(huì)受到很大的影響；再者，煤礦井下采區(qū)范圍很大，但選取煤樣的位置和取得的量非常少，特別是對(duì)于煤這種非均質(zhì)、非連續(xù)且各向異性的材料，煤塊與煤體的力學(xué)性質(zhì)差別很大，因此，取樣的測試結(jié)果是無法代表整個(gè)采區(qū)的煤體性質(zhì)的。另外，還有某些礦井煤質(zhì)較軟，難以取出或切割加工出比較完整的煤塊。這些問題導(dǎo)致煤體軟化模量指數(shù)的求取、沖擊傾向性鑒定以及沖擊地壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)都存在很大的缺陷。因此，發(fā)明一種通過井下現(xiàn)場測量煤體軟化模量指數(shù)判斷沖擊傾向性的方法有很大現(xiàn)實(shí)意義和創(chuàng)新價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種通過現(xiàn)場測量煤體軟化模量指數(shù)判斷沖擊傾向性的方法，其發(fā)明原理及方法如下：

假設(shè)井下煤體中開挖的巷道半徑為ρ_a，遠(yuǎn)場應(yīng)力為σ，開挖引起巷道周圍應(yīng)力集中并超過了煤體強(qiáng)度σ_c，產(chǎn)生半徑為ρ的塑性區(qū)(亦為軟化區(qū))。當(dāng)遠(yuǎn)場應(yīng)力σ達(dá)到巷道圍巖穩(wěn)定的臨界應(yīng)力值時(shí)，圍巖受擾動(dòng)突發(fā)失穩(wěn)，進(jìn)而發(fā)生巷道沖擊地壓破壞，此為沖擊地壓擾動(dòng)響應(yīng)失穩(wěn)理論的基本思路。

基于上述理論有：

1)當(dāng)遠(yuǎn)場應(yīng)力達(dá)到臨界應(yīng)力σ_cr時(shí)，塑性區(qū)半徑ρ達(dá)到臨界值ρ_cr，則臨界塑性區(qū)半徑與巷道半徑之比臨界應(yīng)力與圍巖強(qiáng)度之比

2)當(dāng)遠(yuǎn)場應(yīng)力σ超過臨界應(yīng)力σ_cr但巷道未發(fā)生沖擊時(shí)，巷道周圍產(chǎn)生的破碎區(qū)半徑為ρ_b，此時(shí)即軟化模量指數(shù)

故通過在巷道中向圍巖打鉆，監(jiān)測煤粉量及其與孔深的關(guān)系，可測得巷道半徑ρ_a、破碎區(qū)半徑ρ_b以及軟化區(qū)半徑ρ_cr，進(jìn)而計(jì)算軟化模量指數(shù)K_λ。判斷巷道圍巖煤體沖擊傾向性，當(dāng)K_λ＜1.0時(shí)，煤體無沖擊傾向性；當(dāng)1.0≤K_λ＜2.5時(shí)，煤體具有弱沖擊傾向性；當(dāng)2.5≤K_λ＜5.0時(shí)，煤體具有中等傾向性；當(dāng)K_λ≥5.0時(shí)，煤體具有強(qiáng)沖擊傾向性。根據(jù)采區(qū)各點(diǎn)沖擊傾向性繪制沖擊傾向性分布等值線圖。本發(fā)明通過上述原理及方法，能夠更加接近實(shí)際的檢測煤體軟化模量指數(shù)，進(jìn)而判斷煤體沖擊傾向性，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的對(duì)于煤體沖擊傾向性評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性低的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案為：

一種通過現(xiàn)場測量煤體軟化模量指數(shù)判斷沖擊傾向性的方法，其步驟為：