CN102955025B - 一种煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围确定方法，该方法通过监测采场两侧支撑压力的变化，即特定形式的应力波，得到上覆岩梁断裂的次数即层数，根据已知的岩层结构，即可得到采场上覆岩梁断裂带的高度及其范围。本发明采用应力监测代替位移监测，更能准确反映岩梁断裂情况，可应用于煤矿开采过程中采场覆岩运动监测领域，快速得到煤矿采场上覆岩梁断裂带高度，以估计覆岩破坏程度、运动状态以及采场两侧支撑岩体的应力状态，具有准确、快速、成本低以及适用性更强的特点。

Description

一种煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围确定方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采领域，尤其涉及煤矿开采过程中采场覆岩运动监测技术。

背景技术

煤矿采场推进所引起的上覆岩层运动，是造成采动围岩应力场变化的根本原因，也是煤矿顶板垮塌事故、煤与瓦斯突出、冲击地压、井下透水事故和地表沉陷等灾害的根源，实时监测采场上覆岩层破坏程度以及其运动状态是预防灾害事故发生的重要手段，而采场上覆岩梁断裂带高度及范围是决定覆岩破坏程度、应力状态以及其运动状态的决定性因素，因此快速确定采场上覆岩梁断裂带高度及范围对于保障煤矿安全具有重要意义。

目前监测覆岩破坏程度的方法是钻孔注水法和预埋位移计法。通过钻孔注水法确定裂隙带扩展范围，通过预埋位移计法测量岩层变形。但是，裂隙扩展范围和岩层变形均不能确切反映采场上覆岩梁断裂带高度。也就是说，即使上覆岩层有裂隙，但是该处岩梁不一定完全断裂，现场实践显示上覆岩层水平裂隙的扩展一般高于竖向裂隙，钻孔注水法不能区分两类裂隙。同样，即使上覆岩层有一定位移，该处岩梁也不一定完全断裂，这种位移可能是由岩体弹性弯曲下沉导致的。所以上述两种方法均不能监测出真实的采场上覆岩梁断裂带高度及范围。另外，上述两种方法耗费时间较长，成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围的确定方法。由于每层岩梁的断裂破坏都会在采场两侧岩体引起一次应力峰值，该方法通过采场两侧岩体应力的监测，根据应力变化数据即可准确、快速的推算出采场上覆岩梁断裂带高度及范围。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：首先通过煤矿相应采区的地层综合柱状图，得到采场上覆岩层结构，包括各个岩层的厚度及组成性质；

第二步：建立观测点和监测系统

在采场某一侧巷道中建立观测点，观测点设在工作面煤壁前方40m范围内，在观测点向采场外侧煤体钻凿一排水平的监测孔，所述监测孔距巷道底面高度1m，数量为4-6个，孔间距离为2-4m，孔深度为3-5m，直径为42mm或45mm；在监测孔中布置压力传感器；在采场推进方向距观测点大于100m远的位置设置数据采集设备；压力传感器的数据传导线从孔口引出，并延伸接入数据采集设备；

所述的采场某一侧巷道是这样确定的：当煤层倾角不大于20°时，指采场的轨道顺槽；当煤层倾角大于20°时，是指采场的运输顺槽。

第三步：监测采场两侧岩体应力，得到应力波动曲线

当采煤工作面距离观测点等于1/4的采场宽度时，开始监测工作，压力传感器将监测到的采场两侧岩体的应力波动信号传输給数据采集设备，数据采集设备将收集到的信号传递到数据处理器；随着工作面向前推进，监测点处围岩的应力由初始应力开始升高，之后测点处围岩的应力达到峰值；应力达到峰值后，监测点处的岩体开始破碎导致应力降低；随工作面继续推进，采场上覆第一岩梁断裂，引起监测点处岩体应力再次升高，随后又开始降低，之后每一层岩梁断裂都会引起类似的应力波动；在采煤工作面越过数据采集设备(也就是观测点处设备应持续观测采煤工作面，当观测点位于采空区时也一直观测)后结束监测；数据分析处理器综合分析应力波动数据，得到应力波动的曲线；

第四步：根据应力波动曲线峰值确定岩梁断裂带的高度及其范围

由于采场上覆岩梁每一层断裂都会有应力波峰值出现，进而根据应力波波峰值出现的次数得到采场上覆岩梁断裂破坏的层数；再根据层数和已知的各个岩层的厚度以及采场宽度，即可得到岩梁断裂带的高度及其大致范围。

上述数据分析处理器，是指能实时显示接收数据，以及通过内置程序对收集到的数据进行后期处理并提供USB接口和打印机接口的仪器。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明可应用于煤矿开采过程中采场覆岩运动监测领域，快速得到煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围，以估计覆岩破坏程度、运动状态以及采场两侧支撑岩体的应力状态。采用应力波监测代替位移监测，更能准确反映岩梁断裂情况，而且设备成本大大降低。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明所述的采场及巷道布置以及监测点配置示意图；

图2为某采场上覆岩层综合柱状图；

图3为本发明监测到的支撑岩体应力波动的曲线示意图；

图4为根据本发明确定的采场上覆岩梁断裂带高度及范围的示意图。

图例说明：1-采煤工作面，2-轨道顺槽，3-监测孔，4-压力传感器，5-数据传导线，6-数据采集设备。

L0代表采场宽度，L1代表采煤工作面距离监测孔的距离，H代表岩梁断裂带的高度。

具体实施方式

下面以煤层倾角不大于20°时的煤矿为例具体说明本发明的技术方案。

第一步：首先通过煤矿相应采区的地层综合柱状图，如图2所示，得到采场上覆岩层结构，包括各个岩层的厚度及组成性质；

第二步：建立观测点和监测系统

如图1所示，在采场轨道顺槽2中建立观测点，在观测点向采场外侧岩体钻凿一排水平的监测孔3，监测孔3距巷道底面高度1m，数量为4-6个，孔间距离为2-4m，孔深度为3-5m，直径为42mm或45mm；在监测孔3中布置压力传感器4；在采场推进方向距观测点大于100m远的位置设置数据采集设备6；压力传感器4的数据传导线5从监测孔3孔口引出，并延伸接入数据采集设备6；

第三步：监测采场两侧岩体应力，得到应力波动曲线

当采煤工作面距离观测点等于1/4的采场宽度时(也就是当图1中L1＝1/4L0时，L0为采场宽度)，开始监测工作，压力传感器4将监测到的采场两侧岩体的应力波动信号传输給数据采集设备6，数据采集设备6将收集到的信号传递到数据处理器；随着工作面向前推进，监测点处围岩的应力由初始应力开始升高，之后监测点处围岩的应力达到峰值；应力达到峰值后，监测点处的岩体开始破碎导致应力降低；随工作面继续推进，采场上覆第一岩梁断裂，引起监测点处岩体应力再次升高，随后又开始降低，之后每一层岩梁断裂都会引起类似的应力波动；在采煤工作面越过数据采集设备后结束监测；数据分析处理器综合分析应力波动数据，得到应力波动的曲线；应力波动的曲线如图3所示，图3中A、B、C、D点为应力峰值；

第四步：根据应力波动曲线峰值确定岩梁断裂带的高度及其范围由于采场上覆岩梁每一层断裂都会有应力波峰值出现，进而根据应力波波峰值出现的次数得到采场上覆岩梁断裂破坏的层数；再根据层数和已知的各个岩层的厚度以及采场宽度，即可得到岩梁断裂带的高度H及其大致范围，如图4所示。图3中A、B、C、D点应力峰值，分别对应图4中第I、II、III、Ⅳ岩梁的断裂。图4中岩梁V代表支托层，本层未发生断裂。

Claims (1)

1.一种煤矿采场上覆岩梁断裂带高度及范围确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：首先通过煤矿相应采区的地层综合柱状图，得到采场上覆岩层结构，包括各个岩层的厚度及组成性质；

第二步：建立观测点和监测系统

在采场某一侧巷道中建立观测点，观测点设在工作面煤壁前方40m范围内，在观测点向采场外侧煤体钻凿一排水平的监测孔，所述监测孔距巷道底面高度1m，数量为4-6个，孔间距离为2-4m，孔深度为3-5m，直径为42mm或45mm；在监测孔中布置压力传感器；在采场推进方向距观测点大于100m远的位置设置数据采集设备；压力传感器的数据传导线从孔口引出，并延伸接入数据采集设备；

所述的采场某一侧巷道是这样确定的：当煤层倾角不大于20°时，指采场的轨道顺槽；当煤层倾角大于20°时，是指采场的运输顺槽；

第三步：监测采场两侧岩体应力，得到应力波动曲线

当采煤工作面距离观测点等于1/4的采场宽度时，开始监测工作，压力传感器将监测到的采场两侧岩体的应力波动信号传输给数据采集设备，数据采集设备将收集到的信号传递到数据分析处理器；随着工作面向前推进，监测点处围岩的应力由初始应力开始升高，之后测点处围岩的应力达到峰值；应力达到峰值后，监测点处的岩体开始破碎导致应力降低；随工作面继续推进，采场上覆第一岩梁断裂，引起监测点处岩体应力再次升高，随后又开始降低，之后每一层岩梁断裂都会引起类似的应力波动；在采煤工作面越过数据采集设备后结束监测；数据分析处理器综合分析应力波动数据，得到应力波动的曲线；

第四步：根据应力波动曲线峰值确定岩梁断裂带的高度及其范围

由于采场上覆岩梁每一层断裂都会有应力波波峰值出现，进而根据应力波波峰值出现的次数得到采场上覆岩梁断裂破坏的层数；根据上覆岩梁断裂破坏的层数和已知的各个岩梁岩层的厚度即可得到岩梁断裂带的高度；根据岩梁断裂带的高度以及采场宽度，即可得到岩梁断裂带的大致范围；

上述数据分析处理器，是指能实时显示接收数据，以及通过内置程序对收集到的数据进行后期处理并提供USB接口和打印机接口的仪器。