CN103775073A - 一种采掘工作面地应力分布特征探测方法 - Google Patents

一种采掘工作面地应力分布特征探测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103775073A
CN103775073A CN201410028572.0A CN201410028572A CN103775073A CN 103775073 A CN103775073 A CN 103775073A CN 201410028572 A CN201410028572 A CN 201410028572A CN 103775073 A CN103775073 A CN 103775073A
Authority
CN
China
Prior art keywords
working face
coal
vibrating sensor
stress distribution
rock
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410028572.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103775073B (zh
Inventor
杨威
林柏泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology CUMT filed Critical China University of Mining and Technology CUMT
Priority to CN201410028572.0A priority Critical patent/CN103775073B/zh
Publication of CN103775073A publication Critical patent/CN103775073A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103775073B publication Critical patent/CN103775073B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

一种采掘工作面地应力分布特征探测方法，适用于探测巷道掘进工作面前方地应力分布特征，也适用在采煤工作面通过多次探测，应于探测采煤工作面前方应力分布特征。在采掘工作面循环施工的过程中采用振动传感器监测振动波在煤岩体和钻杆内传播速度和时间的差异，并采用数学方法计算采掘工作面前方不同位置处振动波速的分布特征。之后根据振动波速和地应力大小的相关性来分析采掘工作面前方地应力分布的特征，最终通过地应力分布特征预测煤与瓦斯突出危险性或预测岩爆。其测试方法简单，操作性强，效果好。

Description

一种采掘工作面地应力分布特征探测方法
技术领域
本发明涉及一种采掘工作面地应力分布特征探测方法，尤其适用于探测巷道掘进工作面前方地应力分布特征，也适用于在回采工作面通过多个探测孔来探测回采工作面前方地应力分布特征。
背景技术
在具有突出危险性的煤层内进行采掘作业时，在瓦斯压力较高、地应力较大、煤岩体比较松散时，很容易发动煤与瓦斯突出；同时在高地应力区域掘进巷道也很容易发生岩爆，这些对职工生命安全都构成了极大的危害。不论是煤与瓦斯突出还是岩爆都和工作面前方地应力分布状态有着密切的关系：采掘工作面前方地应力峰值距离工作面越近、峰值越大就越容易发动煤与瓦斯突出。准确及时地探测采掘工作面前方地应力峰值的位置对于预测煤与瓦斯突出危险性和岩爆危险性有着重要的指导意义。目前，国内外虽然可以直接测试地应力，但是一般都是点预测模式，很难实现大规模测试，更难实现地应力分布特征的探测，而本发明将提供一种可行的方法。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种采掘工作面地应力分布特征探测方法，通过探测振动波在采掘工作面前方不同位置处煤岩体内传播的速度来分析采掘工作面前方地应力分布状态，并可以根据地应力峰值距离采掘工作面的距离来预测煤与瓦斯突出危险性或岩爆危险性。
技术方案：本发明的采掘工作面地应力分布特征探测方法，包括以下步骤：
a、在从掘进头沿煤岩层向巷道前方施工钻孔之前，在掘进头处钻孔两侧的煤岩体内安装振动传感器一；
b、用钻机从掘进头沿煤岩层向巷道前方施工钻孔，钻头每前进0.5-2m暂停钻进，每次暂停时都在钻杆的外露端上紧密固定振动传感器二；
c、每次暂停钻进后，用钻头顶部撞击孔底发生振动，使振动传感器一和振动传感器二同步接收振动信号，并将信号实时传递给信号接收器，每次接收振动信号之后将振动传感器二与钻杆分离；
d、重复步骤b、c，直至钻孔施工完毕；
e、根据振动波在钻杆内的传播速度、钻杆长度、不同位置振动传感器一和振动传感器二接收到的振动信号时间差、振动传感器二的位置、钻孔角度，计算出振动信号在掘进头前方不同位置处煤岩体内的传播速度；
f、根据振动波速和地应力的对应关系，通过掘进头前方不同位置处煤岩体内振动波速的分布特征来分析地应力分布特征。
有益效果：本发明通过探测波速差异来探测地应力分布的差异，适用于探测巷道掘进工作面前方地应力分布特征，也适用在回采工作面通过多个探测孔来探测回采工作面应力分布，对于突出煤层内的采掘工作面煤与瓦斯突出危险性预测有着重要的意义。在具有突出危险性的煤层内实施采掘作业时，煤与瓦斯突出危险性主要受到地应力分布、瓦斯压力分布和煤体强度分布等的综合影响，准确预测采掘工作面前方地应力分布状态对于预测煤与瓦斯突出危险性有着重要的指导意义。由于采掘工作面位置不断移动，采掘工作面前方地应力分布不断变化，长期以来地应力分布很难做到及时探测。本发明可在采掘工作面循环作业过程中，在采掘工作面正常施工防突钻孔、或者预测钻孔的过程中，完成对采掘工作面前方地应力分布的探测，明确地应力峰值距离工作面的距离。在采掘的整个过程中，当探测到地应力峰值向工作面靠近时则突出危险性增大，当地应力峰值远离工作面时突出危险性变小。其测试方法简单，操作性强，效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明采掘工作面地应力分布特征探测方法示意图。
图中：1-巷道，2-钻机，3-振动传感器一，4-振动传感器二，5-振动发生点，6-钻杆，7-掘进头。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：
本发明的巷道掘进工作面地应力分布特征探测方法：在巷道1掘进的过程中，在每掘进一段距离都通过探测掘进头7前方不同位置处用振动产生波速的分布特征来反算地应力分布特征，并用于预测煤与瓦斯突出危险性，具体步骤如下：
a、在从掘进头7沿煤岩层向巷道1前方施工钻孔之前，在掘进头7处钻孔两侧的煤岩体内安装振动传感器一3，振动传感器一3在工作状态时实时检测到沿煤岩体传递的振动信号；
b、用钻机2从掘进头7沿煤岩层向巷道1前方施工钻孔，钻头每前进0.5-2m后暂停钻进，且每次暂停时都在钻杆6的外露端上设置振动传感器二4，使振动传感器二4和钻杆6紧密结合在一起，以便实时检测到沿钻杆6传播的振动信号；
c、每次暂停钻进后，开启振动传感器一3和振动传感器二4，用钻头顶部撞击孔底发生振动，使振动发生点5处发生振动信号，振动信号将沿煤岩层和钻杆传递，此时，振动传感器一3和振动传感器二4分别同步接收沿煤岩层和钻杆传递的振动信号，并将信号通过有线或者无线的方式都同步传递给信号接受器，每次接收完振动信号之后，再将振动传感器二4从钻杆6上取下。
d、重复步骤b、c，直至钻孔施工完毕，钻孔长度一般不超过50m。在施工钻孔的全过程中接收到的全部信号通过接收器内置程序进行信号处理，也可以将接收到的信号数据移植到其他设备上进行处理；
e、振动信号沿煤岩体和钻杆6传递的速度不同，掘进头7前方不同位置处煤岩体内地应力分布状态不同，在高地应力区域煤岩体被挤压致密传递振动波较快，而在低地应力区域煤岩体相对松散传递振动波较慢。通过测试得到的多组数据，根据振动波在钻杆内的传播速度、钻杆长度、不同位置振动传感器一3和振动传感器二4接收到的振动信号时间差、振动传感器一3的位置、钻孔角度等参数，采用数学方法计算出振动信号在掘进头7前方不同位置处煤岩体内的传播速度分布特征。
f、根据振动波速和地应力的对应关系，通过掘进头7前方不同位置处煤岩体内振动波速的分布特征来分析地应力分布特征，其中高波速区域对应高地应力区域，低波速区域对应低地应力区域。
g、在巷道掘进的每个循环都探测地应力分布特征，并根据地应力峰值距离掘进头的距离来预测煤与瓦斯突出危险性：当地应力峰值和掘进头7距离变小时表明突出危险性增大，当地应力峰值和掘进头7距离增大时表明突出危险性降低，当地应力峰值和掘进头7距离不变时表明突出危险性没有变化。
本发明单个钻孔的探测方法也可以在回采工作面使用，通过在回采工作面布置多个钻孔来探测整个回采工作面的应力分布特征。

Claims (1)

1.一种采掘工作面地应力分布特征探测方法，其特征在于包括以下步骤：
a、在从掘进头（7）沿煤岩层向巷道（1）前方施工钻孔之前，在掘进头（7）处钻孔两侧的煤岩体内安装振动传感器一（3）；
b、用钻机（2）从掘进头（7）沿煤岩层向巷道（1）前方施工钻孔，钻头每前进0.5-2m暂停钻进，每次暂停时都在钻杆（6）的外露端上紧密固定振动传感器二（4）；
c、每次暂停钻进后，用钻头顶部撞击孔底发生振动，使振动传感器一（3）和振动传感器二（4）同步接收振动信号，并将信号实时传递给信号接收器，每次接收振动信号之后将振动传感器二（4）与钻杆（6）分离；
d、重复步骤b、c，直至钻孔施工完毕；
e、根据振动波在钻杆内的传播速度、钻杆长度、不同位置振动传感器一（3）和振动传感器二（4）接收到的振动信号时间差、振动传感器二（3）的位置、钻孔角度，计算出振动信号在掘进头（7）前方不同位置处煤岩体内的传播速度；
f、根据振动波速和地应力的对应关系，通过掘进头（7）前方不同位置处煤岩体内振动波速的分布特征来分析地应力分布特征。
CN201410028572.0A 2014-01-22 2014-01-22 一种采掘工作面地应力分布特征探测方法 Active CN103775073B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410028572.0A CN103775073B (zh) 2014-01-22 2014-01-22 一种采掘工作面地应力分布特征探测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410028572.0A CN103775073B (zh) 2014-01-22 2014-01-22 一种采掘工作面地应力分布特征探测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103775073A true CN103775073A (zh) 2014-05-07
CN103775073B CN103775073B (zh) 2016-04-13

Family

ID=50567767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410028572.0A Active CN103775073B (zh) 2014-01-22 2014-01-22 一种采掘工作面地应力分布特征探测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103775073B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104329090A (zh) * 2014-10-21 2015-02-04 中国矿业大学(北京) 一种基于采煤机截割电机温度的煤岩性状识别方法
CN104454012A (zh) * 2014-12-22 2015-03-25 中国矿业大学(北京) 基于图像的煤矿掘进工作面冲击地压报警方法
CN104989389A (zh) * 2015-06-11 2015-10-21 中国矿业大学 一种煤体强度分布特征连续探测方法及装置
CN105241583A (zh) * 2015-10-27 2016-01-13 中国矿业大学(北京) 一种钻孔应力计安装杆及其安装方法
CN110261901A (zh) * 2019-06-10 2019-09-20 武汉大学 基于诱发振动的深部岩体岩爆烈度评价方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3128940C2 (de) * 1981-07-22 1985-08-01 Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen Prüfeinrichtung zum Bohrlochsondieren
CN101165315A (zh) * 2006-10-20 2008-04-23 中国矿业大学(北京) 电磁辐射法监测矿井岩层应力状态的方法
CN101419277A (zh) * 2007-10-24 2009-04-29 邸永春 一种利用声波对矿山地下采掘点进行监测的系统与方法
CN201497812U (zh) * 2009-09-23 2010-06-02 山东科技大学 矿用煤岩体震动信号监测仪
WO2011009287A1 (zh) * 2009-07-20 2011-01-27 中国矿业大学(北京) 测试煤岩体中气体运移过程的系统及方法
CN102298154A (zh) * 2011-04-20 2011-12-28 徐州福安科技有限公司 矿山采动裂隙演化与分布监测装置及方法
CN102455434A (zh) * 2010-10-20 2012-05-16 山西潞安环保能源开发股份有限公司 一种工作面煤体超前应力的监测方法
CN102691520A (zh) * 2012-05-18 2012-09-26 北京安科兴业科技有限公司 掘进工作面监测系统
CN103174418A (zh) * 2013-02-05 2013-06-26 中国矿业大学 掘进灾害超前探测系统及方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3128940C2 (de) * 1981-07-22 1985-08-01 Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen Prüfeinrichtung zum Bohrlochsondieren
CN101165315A (zh) * 2006-10-20 2008-04-23 中国矿业大学(北京) 电磁辐射法监测矿井岩层应力状态的方法
CN101419277A (zh) * 2007-10-24 2009-04-29 邸永春 一种利用声波对矿山地下采掘点进行监测的系统与方法
WO2011009287A1 (zh) * 2009-07-20 2011-01-27 中国矿业大学(北京) 测试煤岩体中气体运移过程的系统及方法
CN201497812U (zh) * 2009-09-23 2010-06-02 山东科技大学 矿用煤岩体震动信号监测仪
CN102455434A (zh) * 2010-10-20 2012-05-16 山西潞安环保能源开发股份有限公司 一种工作面煤体超前应力的监测方法
CN102298154A (zh) * 2011-04-20 2011-12-28 徐州福安科技有限公司 矿山采动裂隙演化与分布监测装置及方法
CN102691520A (zh) * 2012-05-18 2012-09-26 北京安科兴业科技有限公司 掘进工作面监测系统
CN103174418A (zh) * 2013-02-05 2013-06-26 中国矿业大学 掘进灾害超前探测系统及方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104329090A (zh) * 2014-10-21 2015-02-04 中国矿业大学(北京) 一种基于采煤机截割电机温度的煤岩性状识别方法
CN104454012A (zh) * 2014-12-22 2015-03-25 中国矿业大学(北京) 基于图像的煤矿掘进工作面冲击地压报警方法
CN104989389A (zh) * 2015-06-11 2015-10-21 中国矿业大学 一种煤体强度分布特征连续探测方法及装置
CN104989389B (zh) * 2015-06-11 2018-04-03 中国矿业大学 一种煤体强度分布特征连续探测方法及装置
CN105241583A (zh) * 2015-10-27 2016-01-13 中国矿业大学(北京) 一种钻孔应力计安装杆及其安装方法
CN105241583B (zh) * 2015-10-27 2017-11-10 中国矿业大学(北京) 一种钻孔应力计安装杆及其安装方法
CN110261901A (zh) * 2019-06-10 2019-09-20 武汉大学 基于诱发振动的深部岩体岩爆烈度评价方法
CN110261901B (zh) * 2019-06-10 2020-06-23 武汉大学 基于诱发振动的深部岩体岩爆烈度评价方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103775073B (zh) 2016-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9817148B2 (en) Borehole while drilling electromagnetic tomography advanced detection apparatus and method
AU2017421071B2 (en) Three-aspect integrated monitoring method for strata control
CN110486007B (zh) 煤矿随钻围岩力学参数原位测试装置及方法
CN103775073B (zh) 一种采掘工作面地应力分布特征探测方法
CN103792582B (zh) 一种巷道松动圈探测方法
Li et al. Survey of measurement-while-drilling technology for small-diameter drilling machines
CN103591915A (zh) 一种深孔张拉式多点位移监测预警系统及施工方法
CN111208555B (zh) 地下煤火危险声波主被动探测及定位方法
CN103147737A (zh) 一种上行开采覆岩破坏规律的钻孔探测方法
CN103967476A (zh) 随钻钻孔物探超前探测装置及探测方法
CN102997886A (zh) 远程测控底板岩层破坏深度监测方法
CN102819046B (zh) 双d型线圈核磁共振仪随掘进机巷道前方突水探测方法
CN103728670B (zh) Tbm施工隧道前向跨孔雷达透射成像超前预报系统和方法
CN104500136A (zh) 一种局部地应力分布特征精细化探测方法
CN104912552A (zh) 一种煤岩体地应力分布特征探测方法及装置
CN104089595B (zh) 回采工作面基本顶超前断裂距离的确定方法
CN105974472A (zh) 一种基于反射信号的巷道超前探测速度建模方法
Jian et al. Determining areas in an inclined coal seam floor prone to water-inrush by micro-seismic monitoring
JP2017049198A (ja) 切羽前方探査装置及び切羽前方探査方法
CN104749637A (zh) 随钻地震钻头震源侧帮地质构造探测方法
JP6602675B2 (ja) 切羽前方の地質探査方法
CN104832163A (zh) 一种煤矿地下开采中冲击地压危险性的监测方法
CN106032750B (zh) 一种基于钻探能谱的地质编录仪
CN114035237A (zh) 一种监测采煤离层水形成过程的地面钻孔瞬变电磁方法
CN109738964B (zh) 地震波和电磁波联合反演的隧道预报装置、掘进机及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant