CN104089595B - 回采工作面基本顶超前断裂距离的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回采工作面基本顶超前断裂距离的确定方法，以工作面前方一定距离的回采巷道作为测站，在测站内靠近巷道轮廓线中部的所有顶板锚索上安装锚索应力监测系统，工作面每推进一定距离，记录测站内各锚索的工作阻力，以应力监测距离作为横坐标，各锚索工作阻力作为纵坐标，绘制每个推进距离时的各锚索工作阻力曲线图；根据该突变曲线，获得突变点对应的应力监测距离，以该应力监测距离减去此时工作面推进距离，即为基本顶超前断裂距离。本发明设备成本低、操作简单，唯一设备是常用的锚索应力监测系统，安装方便，自动记录数据，监测工程量小，无需另外打钻孔，只要利用现有巷道支护的锚索即可。

Description

回采工作面基本顶超前断裂距离的确定方法

技术领域

本发明涉及一种确定回采工作面基本顶超前断裂距离的方法，属于矿山压力与支护工程技术领域。

背景技术

煤矿工作面的开采打破了煤岩系统原始的平衡状态，在矿山压力的作用下，上覆岩层将发生周期性的断裂破坏。上覆岩层包括与煤层接触的直接顶和直接顶以上的基本顶。其中，基本顶周期性断裂对工作面来压强度和显现特征产生重要影响。目前通过工作面矿压观测系统可获得周期来压步距L₀，对矿压预测预报起到一定作用，但研究和实践发现，在掌握周期来压步距的同时，再准确掌握基本顶超前断裂位置，对预防顶板运动诱发的冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害具有重要意义。特别是基本顶为坚硬顶板条件、深部高应力条件以及煤与瓦斯突出危险条件的工作面，更需要掌握基本顶超前断裂的准确位置。

目前，获得基本顶超前断裂位置的方法主要有理论计算、数值模拟，由于岩石是一种非线性、各向异性的复杂力学介质，而且地质和开采条件复杂多变，采用理论计算和数值模拟方法往往具有较大的误差。

为了减少误差，目前还有现场监测。现场监测主要有微地震法和声发射法。微地震法主要通过各种类型的微震监测系统，对煤岩石的破裂情况进行系统监测。微地震法自动化程度高，但信号采集易受到工作面开采、巷道掘进等工作的干扰，导致采集的信号准确率低，信号处理工作极为复杂；而且微震监测系统成本非常高，测点布置工作繁琐，施工工程量大，劳动强度大。声发射方法通过监测弹性波获得顶板断裂情况，其监测过程也易受工作面开采、巷道掘进等的影响，而且数据解释工作需要非常丰富的数据库和现场检测经验，只能借助专业技术人员进行分析。

中国专利200920007099.2还公开了一种坚硬顶板超前断裂位置电磁辐射监测预报装置。该装置主要监测指标为坚硬顶板断裂时释放电磁辐射信号，通过顶板断裂前后电磁信号的差异来确定顶板超前断裂位置。采用该装置时，测点布置工作简单，劳动强度低，但同样存在电磁辐射信号易受工作面开采、巷道掘进等干扰的缺点，信号处理工序复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种操作简单、可靠性高、成本低、适用范围广的回采工作面基本顶超前断裂距离的确定方法。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种回采工作面基本顶超前断裂距离的确定方法，其特征在于:

第一步：在回采工作面巷道掘进后，采用锚杆和锚索对巷道顶板进行支护，要求锚索锚固在基本顶或基本顶更上方稳定的岩层中；

第二步：工作面开采前，首先取得本矿的通过工作面矿压观测系统获得的周期来压步距L₀；以工作面前方一定距离的回采巷道作为测站，所述的一定距离为周期来压步距L₀的2-4倍，在测站内选择靠近巷道轮廓线中部的所有顶板锚索，安装锚索应力监测系统；

第三步：工作面开采中，通过锚索应力监测系统对测站内各锚索的工作阻力进行实时监测，工作面每推进一定距离，一般不超过1m，记录各锚索的工作阻力值；

第四步：以应力监测距离作为横坐标，各锚索工作阻力作为纵坐标，绘制每个推进距离时的各锚索工作阻力曲线图，其中，应力监测距离指锚索处在的位置与工作面初始推进位置之间的距离；在所有推进距离的曲线图中，出现锚索工作阻力发生突变的曲线时，不再继续监测；根据该突变曲线，获得突变点对应的横坐标，即相应的应力监测距离，以该应力监测距离减去此时工作面推进距离，即为基本顶超前断裂距离。

本发明的工作原理和优点在于：

1、当基本顶岩层断裂时，安装在该处的锚索工作阻力会发生突变，从工作阻力曲线图的所有曲线中，找出工作阻力发生突变的曲线，该曲线对应着工作面推进的距离，又显示着离工作面初始的距离，从而方便地计算出基本顶超前断裂距离。本发明充分利用工作面基本顶断裂时引起巷道顶板锚索工作阻力突变这一事实，通过顶板锚索工作阻力变化可直接获得工作面基本顶超前断裂位置，所以数据处理工作简单。

2、设备成本低、操作简单。本发明所需的唯一设备是锚索应力监测系统，它是一种常用的矿压监测设备，安装方便，自动记录数据，监测工程量小，无需另外打钻孔，只要利用现有巷道支护的锚索即可。

3、不受地质和开采条件等的限制，适用于所有锚索支护的回采巷道，不受瓦斯、水文地质、开采方法等的影响。

附图说明

图1为本发明实施例巷道顶板锚索应力监测系统安装主视示意图。

图2为本发明实施例巷道顶板锚索应力监测系统安装侧视示意图。

图3为本发明实施例工作面基本顶超前断裂示意图。

图4为本发明实施例巷道顶板锚索工作阻力监测结果曲线图。

图例说明：1——回采工作面；2——巷道；3——直接顶；4——基本顶；5——锚索；6——锚索应力监测系统；7——基本顶超前断裂位置；8——锚杆。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

某矿20306工作面走向长196m，倾向长1244.6m，煤层厚2.54m，一次采全高开采，回采巷道净断面4.5m×2.7m，采用锚网索联合支护，锚杆为Ф20mm×2200mm的螺纹钢锚杆，间排距为800×800mm，锚索为Ф15.24mm×7000mm的钢绞线，间排距为2000×2400mm。根据工作面矿压观测，其周期来压步距约为24m。

由于工作面周期来压步距L₀为24m，而测站位置为工作面前方周期来压步距L₀的2-4倍的范围，即为24*(2-4)＝(48-96)m。

基本顶超前断裂距离确定方法如下：

第一步：

在回采工作面1的巷道2掘进后，采用锚杆8和锚索5对巷道顶板进行支护，要求锚索5穿过直接顶3，并稳定锚固在基本顶4或基本顶4更上部的岩层中，如图1、2所示；

第二步：

工作面1开采前，以工作面前方48～96m范围作为测站，在测站内选择靠近巷道轮廓线中部的锚索5上安装锚索应力监测系统6，如图1、2所示；

第三步：

工作面1开采中，通过锚索应力监测系统6对测站内各锚索的工作阻力进行实时监测，工作面每推进1米，记录各锚索5的工作阻力值；

第四步：

以应力监测距离(即锚索处在的位置与工作面初始推进位置之间的距离)作为横坐标，各锚索工作阻力作为纵坐标，绘制每个推进距离时的各锚索工作阻力曲线图，如图4所示(为了便于绘制，图中坐标原点并不在工作面初始位置)示出了工作面推进0米(初始推进位置)、20米、40米和44米时的锚索工作阻力曲线(其他推进位置曲线省略)；从图中可以看出，工作面推进44米时，距初始推进位置52米处的锚索工作阻力发生突变，说明该位置为基本顶超前断裂位置7，以该应力监测距离52米减去此时工作面推进距离44米即为基本顶超前断裂距离，即为52m-44m＝8m(见图3)。

另外，分别采用微地震法和专利200920007099.2公开的坚硬顶板超前断裂位置电磁辐射监测预报装置及技术，分别对该工作面基本顶超前断裂位置进行了监测，所确定的基本顶超前断裂距离分别为7.7m、8.2m，从而验证了本发明所述方法的正确性。但相对于这两种方法，本发明明显操作简单，成本低，更便于大范围推广。

Claims (1)

1.一种回采工作面基本顶超前断裂距离的确定方法，其特征在于，

第一步：在回采工作面巷道掘进后，采用锚杆和锚索对巷道顶板进行支护，要求锚索锚固在基本顶或基本顶更上方稳定的岩层中；

第二步：工作面开采前，首先取得本矿的通过工作面矿压观测系统获得的周期来压步距L₀；以工作面前方距离为周期来压步距L₀的2-4倍的回采巷道作为测站，在测站内选择靠近巷道轮廓线中部的所有顶板锚索，安装锚索应力监测系统；

第三步：工作面开采中，通过锚索应力监测系统对测站内各锚索的工作阻力进行实时监测，工作面每推进一定距离，记录各锚索的工作阻力值；

第四步：以应力监测距离作为横坐标，各锚索工作阻力作为纵坐标，绘制每个推进距离时的各锚索工作阻力曲线图，其中，应力监测距离指锚索处在的位置与工作面初始推进位置之间的距离；在所有推进距离的曲线图中，出现锚索工作阻力发生突变的曲线时，不再继续监测；根据该突变曲线，获得突变点对应的横坐标，即相应的应力监测距离，以该应力监测距离减去此时工作面推进距离，即为基本顶超前断裂距离。