CN104963725A - 一种矿压活动规律无损监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿压活动规律无损监测方法，涉及矿压活动规律监测技术领域。从采煤工作面端头起，沿巷道轴线向前50m巷道内的每3排锚杆，设置一组测试断面，分别对该组测试断面的顶板和两帮需要进行锚杆轴力测试的锚杆进行编号；采用矿用本安型锚杆无损检测系统分别对编号锚杆进行锚杆轴力测试；随着采煤工作面向前推进，需要在巷道外段沿工作面推进方向继续增加测试断面，使得测试区段始终保持在50m左右，每根锚杆轴力测试次数超过6次以上；将每根锚杆测试轴力作为纵坐标，采煤工作面推进距离作为横坐标，输入二维坐标系里作图，可得到距工作面不同距离锚杆轴力变化规律，进而得到该采煤工作面推进的巷道围岩矿压活动规律。
Description
技术领域
本发明涉及矿压活动规律监测技术领域，具体是一种矿压活动规律无损监测方法。
背景技术
煤炭作为我国主体能源，在能源生产和消费结构中所占比例一直在65%以上。据2015年国家统计局最新数据表明，原煤产量已从1998年的12.5亿吨逐年增长至2014年的38.7亿吨；预计我国煤炭需求峰值将在2020年出现，峰值水平为41至47亿吨。在今后相当长时期内，煤炭的持续稳定供应事关我国现代化建设全局、是我国经济健康发展的重要保障。
随着浅部资源的逐渐枯竭，煤炭开采不断向深部延伸。我国中东部大多数矿井开采深度已超过800m，如新汶矿区平均最大回采深度达到1032m。目前全国最深的矿井是山东能源新矿集团孙村煤矿，其开采深度已达到1501m，也是目前亚洲采深最深的煤矿。同时，我国金属和有色金属矿山也已进入1000~2000m的深部开采状态。根据目前资源开采状况来看，我国煤矿开采深度以8～12 m/a的速度增加，预计在未来20年内我国很多矿山开采深度将达到地下1500 m水平。
随着我国煤炭开采深度不断增加，深部开采表现出比浅部更为恶劣的工作环境，可用高地应力、高地温和高孔隙水压（或气压）、强烈的多次开采扰动的“三高一扰动”特点来概括。在采深900m~1100m时，实测地应力一般在30-40MPa左右，在巷道初次开挖后引起的周边围岩次生应力可达60MPa以上。受上下覆煤层的多次开采扰动影响，深部巷道处于一种矿山压力（简称矿压）急剧调整状态。在矿山压力作用下的一系列力学现象，以顶板垮落、底鼓、片帮、冲击地压、煤与瓦斯突出等不同形式呈现出来，煤炭资源的安全高效开采面临着极其严峻的矿压显现问题。
矿压监测方法主要有巷道表面位移监测、顶板离层监测、深部位移监测、锚杆受力监测等。前三者都属于巷道围岩表面或内部的位移监测，对顶板冒落的预警与控制具有一定指导意义，但巷道位移（或变形）与矿山压力并不存在一一对应关系。因此，要准确掌握矿压活动规律必须采用直接测力方法来进行矿山压力监测，从而锚杆受力监测成为矿压活动规律监测的一项重要监测手段。
目前，通常采用液压枕或测力锚杆进行锚杆受力监测，但在实际应用中发现这些监测手段与方法存在如下缺点：
①需要事先布置测点并安装相关的监测仪器等，不能大面积地实施锚杆受力监测；
②因每个工人锚杆施工及其液压枕安装操作存在差异，液压枕与岩面接触面积有所不同，导致监测结果与实际受力情况有所差异；
③液压枕结构较为复杂，随着锚杆受力的增加和作用时间的延长，液压枕易受损或监测结果失真；
④事先定点安设的锚杆受力监测站（大多矿井每50m布置一组），无法对巷道该区域锚杆受力状态进行有效评估，也无法对锚杆支护状态进行合理评价；同时，不能较好地发现巷道异常断面或隐性危险处。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种矿压活动规律无损监测方法，操作简单，可较好地掌握深部巷道围岩矿压活动规律，保证巷道围岩稳定，控制矿压显现，减少人员伤亡事故，也可有效评估锚杆支护状态。
本发明是以如下技术方案实现的：一种矿压活动规律无损监测方法，包括如下步骤：
步骤1：在需要获得矿压活动规律的回采巷道里，从采煤工作面端头起，沿巷道轴线向前50m巷道内的每3排锚杆，设置一组测试断面，分别对该组测试断面的顶板和两帮需要进行锚杆轴力测试的锚杆进行编号；
步骤2：采用矿用本安型锚杆无损检测系统分别对编号锚杆进行锚杆轴力测试；
步骤3：随着采煤工作面向前推进，需要在巷道外段沿工作面推进方向继续增加测试断面，每3排锚杆增加一组测试断面，使得测试区段始终保持在50m左右；测试区段随着采煤工作面向前推进而不断向前推移；
步骤4：重复步骤2～步骤3，使得每根锚杆轴力测试次数超过6次以上；
步骤5：将每根锚杆测试轴力作为纵坐标，采煤工作面推进距离作为横坐标，输入二维坐标系里作图，即可得到距工作面不同距离锚杆轴力变化规律，进而得到该采煤工作面推进的巷道围岩矿压活动规律。
其进一步是：矿用本安型锚杆无损检测系统包括锚杆无损检测仪、套管和测力传感器，锚杆轴力测试具体步骤如下：
步骤201：在测试锚杆外漏端拧上套管，使得套管与锚杆螺母紧密接触。
步骤202：打开锚杆无损检测仪；
步骤203：将附带数据传输线的测力传感器敷设在套管的外端，然后将数据传输线连接在锚杆无损检测仪上；
步骤204：对与锚杆螺母紧贴的套管里端施加激震信号，使得该激震信号沿锚杆进行传播；通过测力传感器接收传播信号并进行频谱分析，即可得到所测锚杆轴向受力。
需要进行锚杆轴力测试的锚杆选取位于顶板和两帮中间部位的锚杆。
需要进行锚杆轴力测试的锚杆为非全长锚固的金属锚杆。每根锚杆轴力测试10次。
本发明的有益效果是：通过对锚杆轴力进行无损监测，有效确定超前支承压力范围，实时掌握矿压活动规律，及时发现巷道支护异常区段和隐伏构造影响区域，控制矿压显现，减少人员伤亡事故；可对巷道锚杆轴力方便、高效检测，实时获取锚杆支护状态，有效评估锚杆支护状态，为支护方案设计及其参数修正提供科学依据，具有重要工程实践意义。
附图说明
图1为本发明的矿压监测断面平面布置示意图；
图2为本发明的矿压监测断面测试锚杆剖面布置示意图；
图3为本发明的锚杆轴力监测装置及其测试过程示意图；
图4为本发明的一个锚杆轴力监测具体实施例结果示意图；
图5为本发明的距工作面不同距离锚杆轴力变化规律结果示意图；
图中：1、锚杆无损检测仪；2、数据传输线；3、测力传感器；4；套管；5、小锤；6、锚杆螺母；7、托盘；8、测试锚杆。
具体实施方式
如图1所示，随采煤工作面向前推进，在回采巷道中，从采煤工作面端头开始，沿巷道轴线向前50m巷道内，每隔3排锚杆（间隔2.5m左右）设置一组锚杆轴力测试断面，分别对每组测试断面的顶板和两帮需要进行锚杆轴力测试的锚杆编号，如图1和图2所示。图1中的A为采煤工作面，B为工作面端头，C为测试断面，箭头指向为推进方向。
采用CWM3.7矿用本安型锚杆无损检测系统对编号锚杆分别进行锚杆轴力测试，如图3所示。测试锚杆8的外漏端从外到里安装有锚杆螺母6和托盘7。在测试锚杆8外漏端拧上套管4，使得套管与锚杆螺母6紧密接触；打开锚杆无损检测仪1；将附带数据传输线2的测力传感器3敷设在套管4的外端，然后将数据传输线连接在锚杆无损检测仪上；在与锚杆螺母紧贴的套管里端，采用小锤5施加激震信号，使得该激震信号沿锚杆进行传播；通过传感器3接收传播信号并进行频谱分析，即可得到所测锚杆轴向受力。图4为一个锚杆轴力测试结果。
随着采煤工作面向前推进，需要在巷道外段沿工作面推进方向继续增加测试断面，每3排锚杆（间隔2.5m左右）增加一组测试断面，使得测试区段始终保持在50m左右；测试区段随着采煤工作面向前推进而不断向前推移。
将每根锚杆轴力测试轴力作为纵坐标，采煤工作面推进距离作为横坐标，输入二维坐标系里作图，即可得到距工作面不同距离锚杆轴力变化规律，锚杆轴力测试6次，进而得到该采煤工作面推进的巷道围岩矿压活动规律，如图5所示。
如图5所示，随采煤工作面向前推进，本巷道围岩矿压活动呈现如下规律：在距采煤工作面0m-30m范围内，受采动影响严重，锚杆轴力变化较大，锚杆轴力先增大至峰值后减小。在距工作面10m-25m范围内，为超前支承压力区，帮部锚杆轴力增大；在20m左右处，形成超前支承压力峰值。在距采煤工作面5m-10m范围内，随着工作面往前推进，锚杆轴力通常呈逐渐增加趋势。在距采煤工作面0m-5m范围内，锚杆轴力通常减小。在30m开外距离，锚杆轴力受采动影响较小，锚杆轴力变化不大，平均波动幅度在3%左右。通过锚杆轴力数据，还可以评价锚杆轴向受力是否达到了锚杆杆体的允许承载能力，可有效评估锚杆支护状态，为支护方案设计及其参数修正提供科学依据，具有重要工程实践意义。
Claims (5)
1.一种矿压活动规律无损监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在需要获得矿压活动规律的回采巷道里，从采煤工作面端头起，沿巷道轴线向前50m巷道内的每3排锚杆，设置一组测试断面，分别对该组测试断面的顶板和两帮需要进行锚杆轴力测试的锚杆进行编号；
步骤2：采用矿用本安型锚杆无损检测系统分别对编号锚杆进行锚杆轴力测试；
步骤3：随着采煤工作面向前推进，需要在巷道外段沿工作面推进方向继续增加测试断面，每3排锚杆增加一组测试断面，使得测试区段始终保持在50m左右；测试区段随着采煤工作面向前推进而不断向前推移；
步骤4：重复步骤2～步骤3，使得每根锚杆轴力测试次数超过6次以上；
步骤5：将每根锚杆测试轴力作为纵坐标，采煤工作面推进距离作为横坐标，输入二维坐标系里作图，即可得到距工作面不同距离锚杆轴力变化规律，进而得到该采煤工作面推进的巷道围岩矿压活动规律。
2.根据权利要求1所述的一种矿压活动规律无损监测方法，其特征在于：矿用本安型锚杆无损检测系统包括锚杆无损检测仪、套管和测力传感器，锚杆轴力测试具体步骤如下：
步骤201：在测试锚杆外漏端拧上套管，使得套管与锚杆螺母紧密接触；
步骤202：打开锚杆无损检测仪；
步骤203：将附带数据传输线的测力传感器敷设在套管的外端，然后将数据传输线连接在锚杆无损检测仪上；
步骤204：对与锚杆螺母紧贴的套管里端施加激震信号，使得该激震信号沿锚杆进行传播；通过测力传感器接收传播信号并进行频谱分析，即可得到所测锚杆轴向受力。
3. 根据权利要求1或2所述的一种矿压活动规律无损监测方法，其特征在于：需要进行锚杆轴力测试的锚杆选取位于顶板和两帮中间部位的锚杆。
4. 根据权利要求1或2所述的一种矿压活动规律无损监测方法，其特征在于：需要进行锚杆轴力测试的锚杆为非全长锚固的金属锚杆。
5.根据权利要求1或2所述的一种矿压活动规律无损监测方法，其特征在于：每根锚杆轴力测试次数10次。
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