CN108286459A - 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法 - Google Patents

巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108286459A
CN108286459A CN201810038272.9A CN201810038272A CN108286459A CN 108286459 A CN108286459 A CN 108286459A CN 201810038272 A CN201810038272 A CN 201810038272A CN 108286459 A CN108286459 A CN 108286459A
Authority
CN
China
Prior art keywords
range
top plate
penetration
rate
drilling
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
CN201810038272.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108286459B (zh
Inventor
于凤海
谭云亮
赵同彬
尹延春
高学鹏
赵伟
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.)
Shandong University of Science and Technology
Original Assignee
Shandong University of Science and Technology
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 Shandong University of Science and Technology filed Critical Shandong University of Science and Technology
Priority to CN201810038272.9A priority Critical patent/CN108286459B/zh
Publication of CN108286459A publication Critical patent/CN108286459A/zh
Priority to PCT/CN2018/120400 priority patent/WO2019141023A1/zh
Priority to RU2020101937A priority patent/RU2736928C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of CN108286459B publication Critical patent/CN108286459B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C39/00—Devices for testing in situ the hardness or other properties of minerals, e.g. for giving information as to the selection of suitable mining tools
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
    • E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明涉及巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法，其中包括选出测试极限拉拔力低于1.2倍支护体设计锚固力的区域；在选出区域范围内，在进行拉拔测试的支护体位置的0.5m范围内布置钻孔打钻，得到每米钻孔的钻进速度，比较得到最大钻进速度和最小钻进速度，计算每米钻孔的钻进速度与最小钻进速度比值，得出比值大于2.0的顶板岩层范围；利用钻孔成像设备对钻取的顶板钻孔进行探测，获取顶板破裂展布示意图，并得到顶板松动破裂范围；对比顶板松动破裂范围和比值大于2.0的顶板岩层范围，确定潜在坍塌危险性顶板岩层范围。该方法从支护体工作能力、顶板岩性强弱及松动破裂三个方面循序渐进的判断顶板失稳坍塌可能性，覆盖面广，准确率高，操作性强。

Description

巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法
技术领域
本发明涉及一种巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法。
背景技术
我国每年新掘巷道1万多公里(相当于地球的直径)，列世界第一，巷道顶板失稳事故频频发生，占整个煤矿安全事故的50％左右。经过多年的发展，锚杆支护成为巷道的主要支护方式之一，锚杆支护巷道占巷道掘进总量的90％以上，随着锚杆支护技术的推广，锚杆支护煤巷顶板出现突发性失稳坍塌越来越多，给巷道安全使用带来了严重威胁。
国内外专家学者在煤矿巷道顶板失稳坍塌预警方面开展了一系列卓有成效的研究工作，主要集中在顶板离层失稳机理、失稳判别方法、现场监测仪器及监测预警系统研发等方面，主要包括离层产生扩展、离层界限值确定、常规离层仪(多点位移计)、在线监测预警系统等。然而，上述研究过程中忽视了锚杆支护巷道顶板潜在失稳坍塌范围如何准确确定，即巷道那些位置易发生失稳坍塌、失稳坍塌范围有多大，常规监测布置易造成现场监测仪器安设工作量大，监测布置位置是否合适难以界定，监测效果不佳。
发明内容
本发明旨在解决潜在巷道顶板失稳坍塌区域范围确定的难题，通过采用拉拔力测试、钻孔速度监测及顶板岩层破裂探测三种手段逐步进行监测评价，有效解决潜在失稳坍塌顶板范围确定难题，其采用的技术方案如下：
巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
a.根据拉拔力测试要求，对支护体进行拉拔测试，并选出测试极限拉拔力低于1.2倍支护体设计锚固力的区域；
b.在选出区域范围内，在进行拉拔测试的支护体位置的0.5m范围内布置钻孔打钻，钻孔过程中记录每米钻杆钻进顶板岩层所需时间，计算得到每米钻孔的钻进速度，进行比较得到最大钻进速度和最小钻进速度，计算每米钻孔的钻进速度与最小钻进速度比值，得出比值大于2.0的顶板岩层范围；
c.利用钻孔成像设备对钻取的顶板钻孔进行探测，获取顶板破裂展布示意图，并得到顶板松动破裂范围；
d.当比值大于2.0的顶板岩层范围存在时，对比顶板松动破裂范围和比值大于2.0的顶板岩层范围空间位置关系，选取区域范围较大的为潜在坍塌危险性顶板岩层范围；当比值大于2.0的顶板岩层范围不存在时，顶板松动破裂范围为潜在坍塌危险性顶板岩层范围。
在上述技术方案的基础上，所述钻孔深度至少10米。
在上述技术方案的基础上，所述支护体是锚杆。
在上述技术方案的基础上，所述支护体是锚杆或锚索。
本发明专利具有如下优点：
(1)充分利用拉拔力测试，选择潜在失稳坍塌巷道区间，覆盖面广，避免了重复矿压监测带来的繁重工作量，减少了监测仪器安设数量；
(2)采用极限拉拔力、钻孔速度及顶板松动破裂范围三个指标确定潜在失稳坍塌危险性顶板岩层范围，充分考虑锚杆工作能力、顶板岩性强弱及松动破裂对顶板稳定性的影响，准确率高，工序简单，附加工作量小；
(3)该方法的提出有效解决潜在失稳坍塌顶板范围确定难题，使得监测仪器安设布置针对性强，目标明确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1：本发明的方法流程图；
图2：本发明实施例中锚杆支护示意图；
图3：本发明实施例每米钻孔钻进速度曲线示意图；
图4：本发明实施例钻孔探测获取顶板破裂展布示意图；
图中，1—锚杆，2—锚索，3—金属网，4—塑料网，5—煤，6—砂质泥岩，7—细砂岩，8—破裂区，9—离层区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1至图4所示，本实施例的巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法，所述方法包括：
a.按照拉拔力测试相关要求，选取合适断面位置对顶板支护体进行拉拔测试，其中每一断面至少选取3组支护体进行拉拔试验，分别位于顶板中央及两侧且均匀布置，并记录支护体拉拔力，并将极限拉拔力低于1.2倍支护体设计锚固力的区域选出。
b.在选出的区域范围内，拉拔测试支护体位置0.5m范围内布置钻孔；根据设计钻孔深度开始钻孔，同时记录每米钻杆钻进顶板岩层所需时间，计算出钻孔钻进速度，推断顶板岩层岩性变化情况，比较得到最大钻进速度和最小钻进速度，并计算每米钻孔钻进速度与最小钻进速度比值，选出比值大于2.0的顶板岩层范围。
c.采用钻孔成像设备对钻取顶板探孔进行探测，并根据探测获取的钻孔破裂展布绘制顶板破裂示意图，据此自顶板向深部找出顶板松动破裂范围。
d.结合煤层柱状图，当比值大于2.0的顶板岩层范围存在时，对比顶板松动破裂范围和比值大于2.0的顶板岩层范围空间位置关系，选取区域范围较大的为潜在坍塌危险性顶板岩层范围；当比值大于2.0的顶板岩层范围不存在时，顶板松动破裂范围为潜在坍塌危险性顶板岩层范围。
优选的，所述钻孔深度至少10米。
优选的，所述支护体是锚杆。
可选的，所述支护体是锚杆或锚索。
下面采用具体例子进行说明，某矿主采3-1煤，煤层厚度4.3～6.8m，顶板岩层自下向上依次为2.5～3.6m砂质泥岩、4.5～7.3m细砂岩和11.2～18.9m粉砂岩，运输平巷沿底掘进，断面形状为矩形，巷道尺寸宽×高为5.2×3.6m，顶板锚杆采用螺纹钢锚杆，直径长2.4m，锚杆间排距为0.9×1.0m，设计锚固力为100kN；顶板锚索直径长6.0m，锚索采用“2-2-2”矩形布置，排距2.0m，锚索间距3.0m，锚索设计的锚固力为250kN；帮部采用螺纹钢锚杆，直径长2.4m，锚杆间排距为1.0×1.0m，设计锚固力为80kN，详细支护布置如图2所示。
根据图1所示的方法流程图：
a.根据现场拉拔测试要求，设计每15m范围内随机均匀检测一排顶板锚杆3根、该排锚杆附近锚索2根进行拉拔测试，测试得到距开口300m位置处顶板中部锚索拉拔力为216kN，明显小于1.2倍锚索设计锚固力(300kN)。
b.在该锚索位置附近0.5m范围内，选取合适位置钻孔(钻孔直径32mm，钻孔深度10.0m)，记录每米钻杆钻进顶板岩层所需时间并计算得到每米钻杆钻进速度，见表1所列，与顶板岩层岩性变化情况如图3所示。由此得到，最小钻进速度为1.1m，区间范围为9.0～10.0m，每米钻杆钻进速度与最小钻进速度比值大于2.0的范围分别为2.0～3.0m、3.0～4.0m、4.0～5.0m。
表1钻孔打钻测试统计表
c.采用钻孔成像设备对钻取顶板探孔进行探测，并根据探测获取的钻孔破裂展布绘制顶板破裂示意图，如图4所示，据此自顶板向深部找出顶板松动破裂范围为5.1m。
此处的钻孔成像设备可以具体通过钻孔电视实现。
d.结合煤层柱状图，推断潜在坍塌危险性顶板岩层范围为0～5.1m。此时，由于锚索长度为6.0m，外露端为0.4m左右，锚索锚固段约1.2m的长度位于松动破裂区范围内，严重影响锚索支护质量，易导致锚索支护失稳，因此，建议增加锚索长度至7.5m。
每米钻杆的钻进速度等于每米钻孔的钻进速度即钻孔速度。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
a.根据拉拔力测试要求，对支护体进行拉拔测试，并选出测试极限拉拔力低于1.2倍支护体设计锚固力的区域；
b.在选出区域范围内，在进行拉拔测试的支护体位置的0.5m范围内布置钻孔打钻，钻孔过程中记录每米钻杆钻进顶板岩层所需时间，计算得到每米钻孔的钻进速度，进行比较得到最大钻进速度和最小钻进速度，计算每米钻孔的钻进速度与最小钻进速度比值，得出比值大于2.0的顶板岩层范围；
c.利用钻孔成像设备对钻取的顶板钻孔进行探测，获取顶板破裂展布示意图，并得到顶板松动破裂范围；
d.当比值大于2.0的顶板岩层范围存在时，对比顶板松动破裂范围和比值大于2.0的顶板岩层范围空间位置关系，选取区域范围较大的为潜在坍塌危险性顶板岩层范围；当比值大于2.0的顶板岩层范围不存在时，顶板松动破裂范围为潜在坍塌危险性顶板岩层范围。
2.根据权利要求1所述的巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法，其特征在于：所述钻孔深度至少10米。
3.根据权利要求1所述的巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法，其特征在于：所述支护体是锚杆。
4.根据权利要求1所述的巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法，其特征在于：所述支护体是锚杆或锚索。
CN201810038272.9A 2018-01-16 2018-01-16 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法 Active CN108286459B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810038272.9A CN108286459B (zh) 2018-01-16 2018-01-16 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法
PCT/CN2018/120400 WO2019141023A1 (zh) 2018-01-16 2018-12-11 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法
RU2020101937A RU2736928C1 (ru) 2018-01-16 2018-12-11 Способ определения степени опасности горных пород дорожного свода

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810038272.9A CN108286459B (zh) 2018-01-16 2018-01-16 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108286459A true CN108286459A (zh) 2018-07-17
CN108286459B CN108286459B (zh) 2019-10-25

Family

ID=62835318

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810038272.9A Active CN108286459B (zh) 2018-01-16 2018-01-16 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN108286459B (zh)
RU (1) RU2736928C1 (zh)
WO (1) WO2019141023A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019141023A1 (zh) * 2018-01-16 2019-07-25 山东科技大学 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法
CN110778363A (zh) * 2019-11-06 2020-02-11 山东科技大学 一种多参量随钻测量确定煤体应力高峰区并预警的方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112001086B (zh) * 2020-08-26 2024-01-30 湖南科技大学 基于再生顶板分层特性确定漏风裂隙胶结材料组分的方法
CN114413766B (zh) * 2022-01-24 2024-03-26 义煤集团宜阳义络煤业有限责任公司 一种煤矿巷道矿压监测方法及监测系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005200893A (ja) * 2004-01-14 2005-07-28 Nisshin Steel Co Ltd 高耐力鋼管膨張型ロックボルト及びその製造方法
CN101694163A (zh) * 2009-10-14 2010-04-14 山东科技大学 深部巷道顶板支护形式和支护深度的确定方法
CN102220866A (zh) * 2011-04-17 2011-10-19 山东科技大学 深部煤巷冲击地压卸压与加固协同防治方法
CN103924967A (zh) * 2014-03-04 2014-07-16 中国矿业大学(北京) 一种巷道冒顶隐患探测方法
CN104793261A (zh) * 2015-04-07 2015-07-22 中国矿业大学 煤系地层构造、弱区识别及地层反演的钻进探测方法
CN104793264A (zh) * 2015-04-03 2015-07-22 山东大学 应用于钻机的地质状况实时反映与超前探测系统及方法
CN105866786A (zh) * 2016-05-23 2016-08-17 中国矿业大学 一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法
CN105927211A (zh) * 2016-04-18 2016-09-07 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种深部地下工程的岩体力学特性原位钻进测试方法及装置
CN106703795A (zh) * 2016-12-05 2017-05-24 中国矿业大学 基于激光测距仪的巷道顶板岩体质量等级随钻探测装置及方法
CN107503796A (zh) * 2017-08-23 2017-12-22 山东科技大学 一种锚索支护巷道顶板失稳冒落预警方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2155866C1 (ru) * 1999-05-07 2000-09-10 АО Корпорация "Казахмыс" Способ определения границ зон опасных сдвижений месторождения
CN201401174Y (zh) * 2009-03-17 2010-02-10 安徽理工大学 高密度电阻率监测围岩松动圈的系统
AU2013243242A1 (en) * 2012-04-05 2014-10-30 Geosonde Pty Ltd Short range borehole radar
CN103244101B (zh) * 2013-04-27 2016-06-01 中国矿业大学 随钻进的岩层质量评价方法
JP6503712B2 (ja) * 2014-12-04 2019-04-24 株式会社大林組 孔内撮影装置
CN104832212B (zh) * 2015-04-07 2017-02-01 中国矿业大学 基于钻进参数考察巷道松动及应力集中范围的方法
CN105626150B (zh) * 2016-02-04 2017-12-08 山东大学 一种基于微震监测的沿空掘进巷道动态监测与稳定评价方法
CN106014382A (zh) * 2016-07-12 2016-10-12 四川大学 钻孔内裂隙空间产状的成像系统
CN108286459B (zh) * 2018-01-16 2019-10-25 山东科技大学 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005200893A (ja) * 2004-01-14 2005-07-28 Nisshin Steel Co Ltd 高耐力鋼管膨張型ロックボルト及びその製造方法
CN101694163A (zh) * 2009-10-14 2010-04-14 山东科技大学 深部巷道顶板支护形式和支护深度的确定方法
CN102220866A (zh) * 2011-04-17 2011-10-19 山东科技大学 深部煤巷冲击地压卸压与加固协同防治方法
CN103924967A (zh) * 2014-03-04 2014-07-16 中国矿业大学(北京) 一种巷道冒顶隐患探测方法
CN104793264A (zh) * 2015-04-03 2015-07-22 山东大学 应用于钻机的地质状况实时反映与超前探测系统及方法
CN104793261A (zh) * 2015-04-07 2015-07-22 中国矿业大学 煤系地层构造、弱区识别及地层反演的钻进探测方法
CN105927211A (zh) * 2016-04-18 2016-09-07 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种深部地下工程的岩体力学特性原位钻进测试方法及装置
CN105866786A (zh) * 2016-05-23 2016-08-17 中国矿业大学 一种基于激光测距的顶板岩性及分层厚度分析方法
CN106703795A (zh) * 2016-12-05 2017-05-24 中国矿业大学 基于激光测距仪的巷道顶板岩体质量等级随钻探测装置及方法
CN107503796A (zh) * 2017-08-23 2017-12-22 山东科技大学 一种锚索支护巷道顶板失稳冒落预警方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019141023A1 (zh) * 2018-01-16 2019-07-25 山东科技大学 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法
CN110778363A (zh) * 2019-11-06 2020-02-11 山东科技大学 一种多参量随钻测量确定煤体应力高峰区并预警的方法
CN110778363B (zh) * 2019-11-06 2023-05-05 山东科技大学 一种多参量随钻测量确定煤体应力高峰区并预警的方法

Also Published As

Publication number Publication date
RU2736928C1 (ru) 2020-11-23
WO2019141023A1 (zh) 2019-07-25
CN108286459B (zh) 2019-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108286459B (zh) 巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法
CN107165676B (zh) 岩层控制的三位一体监测方法
CN102322294B (zh) 岩溶隧道施工用综合性地质预测预报方法
CN109611143A (zh) 顶板水压致裂多参量综合监测系统及致裂效果判别方法
CN111691872B (zh) 一种煤层覆岩裂隙发育范围及程度的动态精准探测方法
CN109653800B (zh) 深部富水覆岩厚煤层开采复合动力灾害监测预警系统及方法
CN114991770B (zh) 基于多级发散式定向井的孤岛工作面注浆防冲回采方法
CN101526009A (zh) 围岩失稳声光电集成监测系统及其监测方法
CN103900514A (zh) 一种急倾斜煤层巷道的多点位移计安装及数据自动采集方法
CN110792450B (zh) 一种确定注浆锚索超前支护的方法
CN109555502B (zh) 一种高瓦斯煤巷预裂增透的工业性试验方法
CN104373041A (zh) 用于60米长隧道大管棚钻孔中的钻进纠偏方法
CN110439463A (zh) 采空区处理注浆孔造孔工艺
CN201381879Y (zh) 围岩失稳声光电集成监测系统
CN202362466U (zh) 采煤工作面导水裂隙带高度探测装置
CN110579194B (zh) 沿空巷道侧向基本顶岩梁断裂位置的现场测试方法及应用
CN205664938U (zh) 一种在深厚松散土层上固定爆破测振传感器的装置
CN103616001A (zh) 巷道围岩体多点离层量监测与测量装置及安装和测量方法
CN110230510A (zh) 一种厚层复合顶板煤巷的协同锚固复式结构的建造方法
CN115573700A (zh) 一种水体下采煤采动裂隙动态发育井上下联合监测方法
CN113464148A (zh) 昔格达地层段浅埋下穿地表大型构筑物施工方法
CN112901272A (zh) 一种物探和钻探协同超前探放水施工方法
CN110608647A (zh) 一种矿用采空区底板深孔位移计及其使用方法
Song et al. A method for determining the overburden failure height of coal mining based on the change of drilling speed and the leakage of sectional water injection in underground upward bolehole
CN114089417B (zh) 基于底板巷的微震监测阵列布置方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant