[發明專利]一種基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法

有效

• 申請號: 202210683791.7
• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號: CN114878051B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 李許偉;蔡武;曹安業;李小林;竇林名;馬翔;賀虎;王翔宇;余光成;張潤兵
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發明公開了一種基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法，屬于煤礦安全開采工程領域。利用微震系統監測礦震引起的巷道圍巖質點振動峰值速度，擬合得到震動波傳播衰減規律曲線；根據微震系統監測定位到的礦震震源位置，利用震動波傳播衰減規律曲線得到震源處的質點振動峰值速度；計算震動波從震源傳播到彈性核區引起的質點振動峰值速度，得到彈性核區的礦震動載水平；根據沖擊臨界應力與煤體強度之間的關系、煤層強度，計算鉆孔所在區域巷幫煤體的誘沖臨界靜載應力；計算巷幫煤體彈性能量核抵抗線臨界值；判斷鉆孔附近巷幫煤體發生沖擊的危險水平。其物理指標明確，評估結果可量化，操作性強，可以根據沖擊危險評估結果指導防沖卸壓工作。

技術領域

本發明涉及一種基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法，屬于煤礦安全開采工程技術領域。

背景技術

沖擊地壓是一種嚴重的礦井動力災害，其發生主要和煤層中的高應力集中相關。煤層大直徑鉆孔卸壓是預防沖擊地壓的主要技術手段之一，其原理是：通過在煤層中施工大直徑鉆孔，降低巷道周圍煤體中的應力集中程度，將應力高峰區向煤體深部轉移，釋放煤體中聚集的彈性能，降低沖擊地壓危險水平。在施工大直徑鉆孔時，通過對鉆機和鉆桿工作狀態的監測，可以反演得到鉆孔不同深度的應力狀態，進而利用鉆孔應力分布狀態可以進行鉆孔附近巷幫煤體沖擊危險狀態的評估。

目前，通過煤層應力分布狀態評價沖擊危險的方法主要有鉆屑法、震動波CT反演法、電磁輻射法和地音法等。其中，鉆屑法的沖擊危險評價效果較好，但是專門施工鉆屑孔費時費力，且施工時存在危險性；震動波CT反演法只能得到大范圍的應力場特征和沖擊危險性，無法精準評估煤巖體具體部位的沖擊危險性，且震動波CT法需要較長時間的礦震數據的積累，無法在各目標區域及時進行沖擊危險評估；電磁輻射法和地音法都只能對大范圍煤層的應力集中狀態和沖擊危險水平進行間接的評估，無法精準評估煤層具體位置的沖擊危險性。利用正常施工大直徑卸壓鉆孔獲得的鉆孔應力分布狀態信息評估巷幫煤體的沖擊危險性，可以實現米級尺度的沖擊危險評估，且利用的是正常情況下必須要施工的大直徑卸壓鉆孔，不需要額外增加工作量。采用無人或遙控鉆機施工大直徑卸壓鉆孔獲取應力數據還可以保證施工的安全性。再者，根據施工前一個大直徑卸壓鉆孔后對煤層沖擊危險性的評估，可以及時優化調整后續的大直徑鉆孔卸壓參數，實現精準指導卸壓工作的開展。

發明內容

發明目的：針對現有技術的不足之處，提供一種基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法，通過利用鉆孔卸壓后獲取的鉆孔應力分布狀態信息，實現對巷幫煤體沖擊危險性的評估，進而可以指導和優化后續鉆孔卸壓工作的開展，其物理意義明確、可量化、操作性強。

技術方案：為實現上述目的，本發明一種基于鉆孔應力分布的巷幫煤體沖擊危險評估方法，利用鉆孔后獲取的鉆孔應力分布狀態信息對巷幫煤體的沖擊危險性進行評估，

包括如下步驟：

步驟一、在相似條件巷道中利用微震系統監測礦震引起的巷道圍巖質點振動峰值速度，根據不同位置監測的質點振動峰值速度，擬合得到震動波傳播衰減規律曲線；根據微震系統監測定位到的礦震震源位置，利用震動波傳播衰減規律曲線得到震源處的質點振動峰值速度；根據實測鉆孔應力彈性核與礦震震源之間的距離，計算震動波從震源傳播到彈性核區引起的質點振動峰值速度，進而利用動載與質點振動峰值速度之間的關系式計算得到彈性核區的礦震動載水平；

步驟二、通過測試獲得的沖擊臨界應力與煤體強度之間的關系，根據檢測鉆孔施工區域煤層的強度，計算出鉆孔所在區域巷幫煤體的誘沖臨界靜載應力；

步驟三、計算巷幫煤體彈性能量核抵抗線臨界值；

步驟四、通過實測鉆孔峰值應力與沖擊臨界靜載應力之比、彈性能量核抵抗線臨界值與實測彈性能量核抵抗線之比的大小判斷鉆孔附近巷幫煤體發生沖擊的危險水平。

進一步，采用下式計算煤體彈性核區潛在可能承受的動載應力水平：