CN107784437A - 一种基于应力集中的煤巷掘进工作面突出危险辨识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于应力集中的煤巷掘进工作面突出危险辨识方法，属于煤矿安全技术领域，该方法针对煤巷掘进工作面在施工过程中突出危险性不能合理判识等问题，本发明利用应力集中或叠加的分析方法对影响煤巷掘进工作面地质环境、采掘扰动的主要因素进行量化，提出基于应力集中的煤与瓦斯突出危险判识方法；判识与突出相关的应力集中或叠加区，为煤巷掘进的突出预防提供重要的技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿突出安全技术领域，特别涉及一种现场判识煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出危险性的方法。
背景技术
煤与瓦斯突出是一种复杂的矿井动力现象，合理准确地判识煤与瓦斯突出危险性的等级，是一件亟待解决的技术难题。目前，国内外主要是以煤层、采区意义上的区域预测为主，方法也多为静态判识，不能实时、动态的对掘进工作面的施工过程进行突出危险性判识，且现有地质环境资料多以文字描述，缺乏对其进行应力分析并有效表达其影响数据，不能准确形象地反映相关信息，不利于技术人员的数据调取与决策。
通过国内外研究现状及分析可知，传统的煤巷掘进工作面突出危险判识方法与掘进时的预测预警工作不相适应，传统的煤巷掘进工作面突出危险判识主要采用综合指标、钻屑瓦斯解吸指标、钻屑指标、复合指标、辅助指标等工作面现场特征表现分析应力、瓦斯赋存对煤与瓦斯突出灾害的影响，但都没有具体考虑地质环境与采掘扰动对突出的影响，如本煤层巷道的布局促使煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出灾害的差异性；我国主要围绕“以区域四位一体为主、局部四位一体为辅”的“两个四位一体”综合防治突出技术对煤巷掘进工作面的突出危险性预测预报取得良好效果，但在实现过程中还存在着不少困难。
因此急需一种更加准确地、实时地确定煤巷掘进工作面突出危险性的判识方法。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种基于应力集中的煤巷掘进工作面突出危险辨识方法，该判识方法基于应力集中从多个影响角度对煤巷掘进工作面的突出危险性进行快速准确判识。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种基于应力集中的煤巷掘进工作面突出危险辨识方法，包括以下步骤：
S1：获取煤巷掘进工作面本煤层及邻近层地质环境、采掘扰动资料数据；
S2：所述地质环境、采掘扰动资料数据通过专家系统分析处理后，获取煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出危险的辨识指标；
S3：获取各个辨识指标突出危险性的等级判识标准；
S4：采用层次分析法和相似系数法对各个指标突出的影响程度进行权重赋值；
S5：根据属性判识方法及指标权重获得煤巷掘进工作面不同判识等级的从属程度；
S6：随掘进的不断推进，重复步骤S1-S4更新不同煤巷掘进工作面突出危险的判识指标。
作为本发明的一种优选方案，所述煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出危险辨识指标包括地质环境指标和采掘扰动指标。
作为本发明的另一种优选方案，所述地质环境指标包括巷道倾角、断层、褶曲、火成岩和方位角；
所述巷道倾角指标根据煤巷掘进工作面前方多个测点煤层倾角平均值的大小类别进行突出危险等级判识；
所述断层指标通过根据封闭型断层的走向距离实测值与最大水平主应力与断层走向夹角计算值进行突出危险等级判识；
所述褶曲指标根据褶曲轴部与煤巷掘进工作面间的距离实测值相较褶曲轴部与翼部边界距离的大小关系进行突出危险等级判识；
所述火成岩指标通过获取火成岩侵入区两种煤体的影响实测值与火成岩距煤巷掘进工作面远近关系进行突出危险等级判识；
所述方位角指标通过获取巷道方位角、最大主应力方位角数据计算出最大水平主应力与掘进煤巷的夹角，根据夹角计算值的大小关系进行突出危险等级判识。
作为本发明的又一种优选方案，所述采掘扰动指标包括巷道及本煤层采空区和邻近层采空区；
所述巷道及本煤层采空区指标通过获取其他巷道及本煤层采空区原岩应力场性质、巷道断面形状及采空区规模等有关参数计算出巷道及本煤层采空区、煤巷掘进工作面的影响半径，根据影响半径的计算值进行突出危险等级判识；
所述邻近层采空区指标通过获取邻近层采空区与煤巷掘进工作面的层间垂距实测值进行突出危险等级判识。
作为本发明的一种改进方案，所述突出危险性的等级判识标准是根据各个判识指标实测值或计算值与影响突出预设临界值的大小关系来确定。
本发明的有益效果是：本发明在研究矿井煤巷掘进工作面周围地应力分布规律的基础上，将煤巷掘进工作面突出危险判识指标划分为地质环境类、采掘扰动类，实时掌握并智能分析各项判识指标的变化情况，综合形成煤巷掘进工作面突出危险性的判识结果，并根据突出判识指标的变化实时更新数据；本发明提供的煤巷掘进工作面突出危险判识指标体系重点考虑了地质环境及采掘扰动所造成的应力集中或叠加情况，指标自适应能力强，能及时正确地反映煤巷掘进工作面的突出危险等级及范围大小，对减少掘进工作面突出灾害，提升煤矿安全生产水平具有重要的现实意义。
附图说明
图1为本发明的煤巷掘进工作面突出危险判识指标体系分析系统图；
图2为本发明的煤巷掘进工作面突出危险判识方法流程示意图；
图3为本发明的最大水平主应力与掘进煤巷的夹角示意图。
附图中：1—煤巷掘进工作面；2—最大水平主应力；α—巷道方位角；β—最大水平主应力的方位角；θ—最大水平主应力与掘进煤巷的夹角。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
图1为本发明的煤巷掘进工作面突出危险判识指标体系分析系统图，图2为本发明的煤巷掘进工作面突出危险判识方法流程示意图，如图所示，一种基于应力集中的煤巷掘进工作面突出危险辨识方法，包括以下步骤：
S1：获取煤巷掘进工作面本煤层及邻近层地质环境、采掘扰动等资料数据；
S2：所述地质环境、采掘扰动等资料数据通过专家系统分析处理后，获取煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出危险的辨识指标；
S3：获取各个辨识指标突出危险性的等级判识标准；
S4：采用层次分析法和相似系数法对各个指标突出的影响程度进行权重赋值；
S5：根据属性判识方法及指标权重获得煤巷掘进工作面不同判识等级的从属程度；
S6：随掘进的不断推进，重复步骤S1-S4更新不同煤巷掘进工作面突出危险的判识指标。
煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出危险辨识指标包括地质环境指标和采掘扰动指标。
地质环境指标包括巷道倾角、断层、褶曲、火成岩、方位角，地质环境指标获取方法见下表1；
表1
| 指标类别 | 获取方法 |
| 巷道倾角 | 井下观测 |
| 断层 | 超前探孔分析及井下观测 |
| 褶曲 | 超前探孔分析及井下观测 |
| 火成岩 | 超前探孔分析及井下观测 |
| 方位角 | 井下观测 |
所述巷道倾角指标根据煤巷掘进工作面前方60m内全部煤层倾角测点计算平均值得到巷道倾角，按表2确定突出危险等级；
表2
所述断层指标根据煤巷掘进工作面前方60m内煤层断层超前探孔所探封闭型断层走向距离及最大水平主应力与断层走向的夹角，可通过获取断层走向方位角、最大主应力的方位角等数据计算出最大水平主应力与断层走向的夹角，按表3确定突出危险等级；
表3
所述褶曲根据煤巷掘进工作面前方60m内煤层超前探孔所探两种基本形态向斜、背斜的分布情况，获取褶曲轴部与翼部边界的距离H1，按表4确定突出危险等级；
表4
所述火成岩指标通过在煤巷掘进工作面前方60m内打超前探孔，采用钻孔摄像法对火成岩侵入范围进行现场实测，获得火成岩侵入体影响范围不同煤体的成像。根据煤体的变质、硅化程度，火成岩附近被影响煤体可分为原煤、硅化煤、天然焦三种，从而得到硅化煤、天然焦的分界影响距离分别为h1、h2，按表5确定突出危险等级；
表5
所述方位角指标通过获取巷道方位角α、最大水平主应力的方位角β等数据计算出最大水平主应力与掘进煤巷的夹角θ，根据此夹角对掘进工作面应力影响大小关系进行突出危险等级判识，如表6所示；
表6
采掘扰动指标包括巷道及本煤层采空区、邻近层采空区，采掘扰动指标获取方法见下表7；
表7
| 指标类别 | 获取方法 |
| 巷道及本煤层采空区 | 井下观测及数值计算 |
| 邻近层采空区 | 井下观测 |
所述巷道及本煤层采空区指标通过获取本煤层其他巷道及采空区、煤巷掘进工作面断面形状、原岩应力场的性质等有关参数进行近似数值计算，以超过原岩应力的5％、10％处为界分别获得巷道及本煤层采空区、煤巷掘进工作面的影响半径R1、R1'、R2、R2'，按表8确定突出危险等级；
表8
所述邻近层采空区指标通过获取邻近层采空区与煤巷掘进工作面的层间垂距实测值，参考保护层与被保护层之间的最大保护垂距R，如表9所示，按照表10确定突出危险等级；
表9
表10
所述突出危险性的等级判识标准是根据各个判识指标实测值或计算值与影响突出预设临界值的大小关系来确定，所述不同判识等级参照井下掘进工作面预警情况划分为三级，即无危险、危险和非常危险，通过采用层次分析法和相似系数法的组合赋权方法对各个判识指标突出的影响程度进行赋值，最后借助属性判识模型获得当前煤巷掘进工作面不同判识等级的从属程度，利用置信度准则综合确定出突出危险判识等级。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种基于应力集中的煤巷掘进工作面突出危险辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取煤巷掘进工作面本煤层及邻近层地质环境、采掘扰动资料数据；
S2：所述地质环境、采掘扰动资料数据通过专家系统分析处理后，获取煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出危险的辨识指标；
S3：获取各个辨识指标突出危险性的等级判识标准；
S4：采用层次分析法和相似系数法对各个指标突出的影响程度进行权重赋值；
S5：根据属性判识方法及指标权重获得煤巷掘进工作面不同判识等级的从属程度；
S6：随掘进的不断推进，重复步骤S1-S4更新不同煤巷掘进工作面突出危险的判识指标。
2.根据权利要求1所述的一种基于应力集中的煤巷掘进工作面突出危险辨识方法，其特征在于，所述煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出危险的辨识指标包括地质环境指标和采掘扰动指标。
3.根据权利要求2所述的一种基于应力集中的煤巷掘进工作面突出危险辨识方法，其特征在于，所述地质环境指标包括巷道倾角、断层、褶曲、火成岩和方位角；
所述巷道倾角指标根据煤巷掘进工作面前方多个测点煤层倾角平均值的大小类别进行突出危险等级判识；
所述断层指标通过根据封闭型断层的走向距离实测值与最大水平主应力与断层走向夹角计算值进行突出危险等级判识；
所述褶曲指标根据褶曲轴部与煤巷掘进工作面间的距离实测值相较褶曲轴部与翼部边界距离的大小关系进行突出危险等级判识；
所述火成岩指标通过获取火成岩侵入区两种煤体的影响实测值与火成岩距煤巷掘进工作面远近关系进行突出危险等级判识；
所述方位角指标通过获取巷道方位角、最大主应力方位角数据计算出最大水平主应力与掘进煤巷的夹角，根据夹角计算值的大小关系进行突出危险等级判识。
4.根据权利要求3所述的一种基于应力集中的煤巷掘进工作面突出危险辨识方法，其特征在于，所述采掘扰动指标包括巷道及本煤层采空区和邻近层采空区；
所述巷道及本煤层采空区指标通过获取其他巷道及本煤层采空区原岩应力场性质、巷道断面形状及采空区规模计算出巷道及本煤层采空区、煤巷掘进工作面的影响半径，根据影响半径的计算值进行突出危险等级判识；
所述邻近层采空区指标通过获取邻近层采空区与煤巷掘进工作面的层间垂距实测值进行突出危险等级判识。
5.根据权利要求4所述的一种基于应力集中的煤巷掘进工作面突出危险辨识方法，其特征在于，所述突出危险性的等级判识标准是根据各个判识指标实测值或计算值与影响突出预设临界值的大小关系来确定。
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| 重庆市煤炭学会编著: "《重庆地区煤与瓦斯突出防治技术》", 31 December 2005, 煤炭工业出版社 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112379425A (zh) * | 2020-10-21 | 2021-02-19 | 中国矿业大学 | 基于震源参数反演的区域冲击危险等级及畛域的判识方法 |
| CN112730796A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-04-30 | 重庆大学 | 一种煤与瓦斯突出危险性评判方法 |
| CN112730796B (zh) * | 2020-12-14 | 2022-12-27 | 重庆大学 | 一种煤与瓦斯突出危险性评判方法 |
| CN113759097A (zh) * | 2021-09-07 | 2021-12-07 | 重庆大学 | 基于煤矿巷道围岩应力在线监测系统的应力状态分析方法 |
| CN113759097B (zh) * | 2021-09-07 | 2023-06-16 | 重庆大学 | 基于煤矿巷道围岩应力在线监测系统的应力状态分析方法 |
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|---|---|
| CN107784437B (zh) | 2021-09-28 |
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