CN108710759B - 一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法 - Google Patents
一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108710759B CN108710759B CN201810483344.0A CN201810483344A CN108710759B CN 108710759 B CN108710759 B CN 108710759B CN 201810483344 A CN201810483344 A CN 201810483344A CN 108710759 B CN108710759 B CN 108710759B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coal
- drilling
- impact tendency
- radius
- roadway
- 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.)
- Active
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 135
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 65
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 1
- 230000001687 destabilization Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，具体为：首先，在巷道内使用钻机向巷道煤壁打钻，记录排出的煤粉量和对应的钻孔深度；其次，绘制煤粉量与钻孔深度的关系曲线，求得巷道破碎区半径和软化区半径；然后，根据煤体软化模量指数公式计算打钻处的实际煤体软化模量指数，判断煤体冲击倾向性；进而，以此方法测得整个采区或采面的煤体冲击倾向性分布情况。本发明的创新之处在于直接在煤矿井下测量求得煤体冲击倾向性，弥补了实验室检测煤体冲击倾向性方法存在的测试结果与实际结果偏差大、难以代表现场实际值的不足，特别适用于软弱煤体无法取样的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿井下煤体冲击倾向性检测方法，具体为一种通过井下现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法。
背景技术
随着煤矿开采深度的增大，冲击地压越来越严重。冲击地压的发生常造成巷道坍塌、支架破坏，严重威胁到煤矿井下工作人员的生命安全。
煤体软化模量指数Kλ是煤体压缩应力应变曲线中强度峰值后软化模量λ与峰值强度前弹性模量E的比值(即Kλ＝λ/E)，是煤体的固有性质，是衡量煤体冲击倾向性强弱的一个重要指标，也是判断井下冲击危险性的主要依据。现有的煤体软化模量指数测量方法是通过在实验室对煤样进行压缩试验，获取煤样的应力应变曲线，从而得到软化模量λ与弹性模量E的，其存在的问题是：从煤矿井下采取煤样，再经过切割、研磨等工序加工成标准煤体试件，力学性质会受到很大的影响；再者，煤矿井下采区范围很大，但选取煤样的位置和取得的量非常少，特别是对于煤这种非均质、非连续且各向异性的材料，煤块与煤体的力学性质差别很大，因此，取样的测试结果是无法代表整个采区的煤体性质的。另外，还有某些矿井煤质较软，难以取出或切割加工出比较完整的煤块。这些问题导致煤体软化模量指数的求取、冲击倾向性鉴定以及冲击地压危险性评价都存在很大的缺陷。因此，发明一种通过井下现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法有很大现实意义和创新价值。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，其发明原理及方法如下：
假设井下煤体中开挖的巷道半径为ρa，远场应力为σ，开挖引起巷道周围应力集中并超过了煤体强度σc，产生半径为ρ的塑性区(亦为软化区)。当远场应力σ达到巷道围岩稳定的临界应力值时，围岩受扰动突发失稳，进而发生巷道冲击地压破坏，此为冲击地压扰动响应失稳理论的基本思路。
基于上述理论有：
1)当远场应力达到临界应力σcr时，塑性区半径ρ达到临界值ρcr，则临界塑性区半径与巷道半径之比
临界应力与围岩强度之比
2)当远场应力σ超过临界应力σcr但巷道未发生冲击时，巷道周围产生的破碎区半径为ρb，此时
即软化模量指数
故通过在巷道中向围岩打钻，监测煤粉量及其与孔深的关系，可测得巷道半径ρa、破碎区半径ρb以及软化区半径ρcr，进而计算软化模量指数Kλ。判断巷道围岩煤体冲击倾向性，当Kλ＜1.0时，煤体无冲击倾向性；当1.0≤Kλ＜2.5时，煤体具有弱冲击倾向性；当2.5≤Kλ＜5.0时，煤体具有中等倾向性；当Kλ≥5.0时，煤体具有强冲击倾向性。根据采区各点冲击倾向性绘制冲击倾向性分布等值线图。本发明通过上述原理及方法，能够更加接近实际的检测煤体软化模量指数，进而判断煤体冲击倾向性，解决现有技术中存在的对于煤体冲击倾向性评价准确性低的问题。
为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案为：
一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，其步骤为：
1)在巷道内，用钻机向巷道煤壁打钻，同时收集从钻孔内排出的煤粉，每进钻1m记录一次排出的煤粉质量；
2)测量打钻处的巷道半径ρa，当钻进深度达到巷道半径ρa的5倍时可停止打钻，撤出钻杆；
3)绘制煤粉质量与钻进深度的关系曲线，求取曲线中煤粉质量突然急剧增大的转折点处对应的钻杆钻进深度b和煤粉质量最大处对应的钻杆钻进深度c；进而，钻进深度b与巷道半径ρa之和为巷道破碎半径ρb，钻进深度c与巷道半径ρa之和为巷道软化区半径ρcr；
4)根据式
计算得出煤体软化模量指数Kλ；
5)判断煤体冲击倾向性：
①当Kλ＜1.0时，煤体无冲击倾向性；
②当1.0≤Kλ＜2.5时，煤体具有弱冲击倾向性；
③当2.5≤Kλ＜5.0时，煤体具有中等冲击倾向性；
④当Kλ≥5.0时，煤体具有强冲击倾向性；
6)根据步骤5)中得到的采区各点冲击倾向性，绘制冲击倾向性分布等值线图。
所述的煤粉质量还可以为煤粉体积，当测量煤粉的体积时，步骤3)中绘制煤粉体积与钻进深度的曲线。煤粉体积突然急剧增大的转折点处对应的钻杆钻进深度与巷道半径ρa之和为巷道破碎区半径ρb，煤粉体积最大处对应的钻杆钻进深度与巷道半径ρa之和为巷道软化区半径ρcr。
本发明创造的有益效果为：
本发明与现有技术相比，提供一种通过井下现场测量煤体软化模量指数判断煤体冲击倾向性的方法，解决了实验室中检测煤样冲击倾向性的结果与实际现场煤体的差别大，不具代表性这一问题，对于更准确的检测煤体冲击倾向性、评价冲击地压危险性和冲击地压防治具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的一种煤体冲击倾向性测试方法的示意图。
图2为本发明的一种煤体冲击倾向测试方法的测试曲线示意图。
图3为本发明的一种煤体冲击倾向性测试装置的结构示意图。
图中：1—巷道半径ρa；2—破碎区半径ρb；3—钻孔直径d；4—钻进深度h；5—软化区半径ρcr；6—巷道；7—煤壁；8—钻杆；9—钻机。
具体实施方式
一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，其步骤为：
1)在巷道内，用钻机向巷道煤壁打钻，同时收集从钻孔内排出的煤粉。每进钻1m记录一次排出煤粉的质量。
2)测量打钻处的巷道半径ρa，当钻进深度达到巷道半径ρa的5倍时可停止打钻，撤出钻杆。
3)绘制煤粉质量与钻进深度的关系曲线，求取曲线中煤粉质量突然急剧增大的转折点处对应的钻杆钻进深度b和煤粉质量最大处对应的钻杆钻进深度c。进而，钻进深度b与巷道半径ρa之和为巷道破碎区半径ρb，钻进深度c与巷道半径ρa之和为巷道软化区半径ρcr。
4)根据式
计算得煤体软化模量指数Kλ。
5)判断巷道围岩冲击倾向性
①当Kλ＜1.0时，煤体无冲击倾向性；
②当1.0≤Kλ＜2.5时，煤体具有弱冲击倾向性；
③当2.5≤Kλ＜5.0时，煤体具有中等冲击倾向性；
④当Kλ≥5.0时，煤体具有强冲击倾向性；
6)根据步骤5)中得到的采区各点冲击倾向性，绘制冲击倾向性分布等值线图。
所述的煤粉质量还可以为煤粉体积，当测量煤粉的体积时，步骤3)中绘制煤粉体积与钻进深度的曲线。煤粉体积突然急剧增大处对应的钻杆钻进深度与巷道半径ρa之和为巷道破碎区半径ρb，煤粉体积最大处对应的钻杆钻进深度与巷道半径ρa之和为巷道软化区半径ρcr。
实施例1
参照附图1、图2、图3所示的一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法和数据处理方法，按以下步骤操作：
1)在巷道内，用钻机9通过钻杆8向巷道6的煤壁7打钻，同时收集从钻孔内排出的煤粉，每进钻1m记录一次排出煤粉的质量。
2)测量打钻处的巷道半径ρa 1，当钻进深度4达到巷道半径ρa 1的5倍时可停止打钻，撤出钻杆8。
3)绘制煤粉质量与钻进深度4的关系曲线，测量巷道半径ρa 1为2.5m，破碎区半径ρb2为5m，软化区半径ρcr 5为6m。
4)根据式
计算得出煤体软化模量指数Kλ。
5)判断煤体冲击倾向性，当Kλ＜1.0时，煤体无冲击倾向性；当1.0≤Kλ＜2.5时，煤体具有弱冲击倾向性；当2.5≤Kλ＜5.0时，煤体具有中等冲击倾向性；当Kλ≥5.0时，煤体具有强冲击倾向性；故当Kλ＝2.27时，煤体具有弱冲击倾向性。
6)根据步骤5)中得到的采区各点冲击倾向性，绘制冲击倾向性分布等值线图。
Claims (2)
1.一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，其步骤为：
1)在巷道内，用钻机向巷道煤壁打钻，同时收集从钻孔内排出的煤粉，每进钻1m记录一次排出的煤粉质量；
2)测量打钻处的巷道半径ρa，当钻进深度达到巷道半径ρa的5倍时可停止打钻，撤出钻杆；
3)绘制煤粉质量与钻进深度的关系曲线，求取曲线中煤粉质量突然急剧增大的转折点处对应的钻杆钻进深度b和煤粉质量最大处对应的钻杆钻进深度c；进而，钻进深度b与巷道半径ρa之和为巷道破碎半径ρb，钻进深度c与巷道半径ρa之和为巷道软化区半径ρcr；
4)根据式
计算得出煤体软化模量指数Kλ；
5)判断煤体冲击倾向性：
①当Kλ＜1.0时，煤体无冲击倾向性；
②当1.0≤Kλ＜2.5时，煤体具有弱冲击倾向性；
③当2.5≤Kλ＜5.0时，煤体具有中等冲击倾向性；
④当Kλ≥5.0时，煤体具有强冲击倾向性；
6)根据步骤5)中得到的采区各点冲击倾向性，绘制冲击倾向性分布等值线图。
2.根据权利要求1所述的一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，其特征在于：所述的煤粉质量还可以为煤粉体积，当测量煤粉的体积时，步骤3)中绘制煤粉体积与钻进深度的曲线，此时，破碎半径ρb为煤粉体积与钻进深度的关系曲线中煤粉体积突然急剧增大的转折点处对应的钻杆钻进深度b与巷道半径ρa之和；软化区半径ρcr为煤粉体积与钻进深度的关系曲线中煤粉体积最大处对应的钻杆钻进深度c与巷道半径ρa之和。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810483344.0A CN108710759B (zh) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | 一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810483344.0A CN108710759B (zh) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | 一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108710759A CN108710759A (zh) | 2018-10-26 |
| CN108710759B true CN108710759B (zh) | 2021-12-17 |
Family
ID=63869150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810483344.0A Active CN108710759B (zh) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | 一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108710759B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109598102B (zh) * | 2019-02-01 | 2022-05-27 | 内蒙古科技大学 | 煤矿冲击地压危险程度的预测方法、装置、设备及介质 |
| CN110529117B (zh) * | 2019-06-24 | 2021-02-26 | 中国矿业大学 | 一种露天矿爆破冲击载荷模拟试验方法 |
| CN110984968A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-04-10 | 山东科技大学 | 一种随钻卸压监测方法 |
| CN112557167A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-03-26 | 山东科技大学 | 一种原位煤体冲击倾向性观测方法 |
| CN112684755B (zh) * | 2020-12-24 | 2022-05-20 | 煤炭科学技术研究院有限公司 | 一种集成式可编程多参量数据采集分析装置 |
| CN114017029B (zh) * | 2021-11-17 | 2022-11-15 | 中国矿业大学 | 一种煤体应力随钻测量实验方法及装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3331915A1 (de) * | 1983-09-03 | 1985-04-04 | Szecowka, Zdzislaw, Dr., 5600 Wuppertal | Verfahren und vorrichtung zum messen der mechanischen eigenschaften von gestein und mineralien "in situ" zur bestimmung der gebirgsschlagneigung der lagerstaette und des nebengesteins |
| CN105785471B (zh) * | 2016-02-14 | 2017-11-07 | 辽宁工程技术大学 | 一种矿井预开采煤层的冲击危险性评价方法 |
| CN106501039A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-03-15 | 山东科技大学 | 判定煤体相对冲击倾向性的方法 |
| CN107402288A (zh) * | 2017-08-18 | 2017-11-28 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于层理效应的煤冲击倾向性测试方法 |
-
2018
- 2018-05-18 CN CN201810483344.0A patent/CN108710759B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108710759A (zh) | 2018-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108710759B (zh) | 一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法 | |
| CN110424949B (zh) | 煤层瓦斯参数随钻快速测试的反演计算方法 | |
| Zhao et al. | Damage stress and acoustic emission characteristics of the Beishan granite | |
| Mair et al. | Pressuremeter testing: methods and interpretation | |
| CN110486007B (zh) | 煤矿随钻围岩力学参数原位测试装置及方法 | |
| US20140019047A1 (en) | Multi-information coupling prediction method of coal and gas outburst danger | |
| WO2018103324A1 (zh) | 基于激光测距仪的巷道顶板岩体质量等级的随钻探测装置及方法 | |
| RU2688714C1 (ru) | Устройство и способ определения во время бурения коэффициента крепости по протодьяконову породы кровли туннеля на основе измерителя уровня звука | |
| Wang et al. | In-situ digital profiling of soil to rock strength from drilling process monitoring of 200 m deep drillhole in loess ground | |
| Li et al. | Survey of measurement-while-drilling technology for small-diameter drilling machines | |
| CN112504838B (zh) | 一种搭载于tbm的岩石力学综合试验及信息评价系统 | |
| Mahmoud | Reliability of using standard penetration test (SPT) in predicting properties of silty clay with sand soil | |
| Chang et al. | An experimental damage model and its application to the evaluation of the excavation damage zone | |
| Zhao et al. | Acoustic emission behaviors of the Beishan granite under uniaxial and triaxial compression conditions | |
| Goh et al. | Understanding the stiffness of soils in Singapore from pressuremeter testing | |
| Narimani et al. | Simple and non-linear regression techniques used in sandy-clayey soils to predict the pressuremeter modulus and limit pressure: A case study of Tabriz subway | |
| CN112100842B (zh) | 一种识别地应力异常区及大范围测量地应力的新方法 | |
| CN116595809B (zh) | 地下工程围岩钻进卸压-探测评价方法 | |
| CN110794039B (zh) | 利用岩体波速计算帷幕灌浆岩体裂隙充填率的方法 | |
| Stringer et al. | Advanced soil sampling of silty sands in Christchurch | |
| Deák et al. | Modeling the Excavation Damaged zones in the Bátaapáti radioactive waste repository | |
| Kruse et al. | Borehole Investigations | |
| CN115184144A (zh) | 一种基于摩擦角与剩余弹性能指数来预测岩爆倾向性的方法 | |
| Mansouri et al. | Influence of rock mass properties on TBM penetration rate in Karaj-Tehran water conveyance tunnel | |
| CN111579351B (zh) | 一种隧道及地下工程注浆支护效果的评价方法 |
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 | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 110000 58 Shenbei New Area Road South, Shenyang, Liaoning. Applicant after: LIAONING University Applicant after: Liaoning University of engineering and technology Address before: 123000 No. 47 Zhonghua Road, Liaoning, Fuxin Applicant before: LIAONING TECHNICAL University Applicant before: Liaoning University |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xiao Yonghui Inventor after: Zhu Xiaojing Inventor after: Pan Yishan Inventor after: Ma Xiao Inventor after: Li Qi Inventor after: Luo Hao Inventor after: Xu Lianman Inventor after: Li Guozhen Inventor before: Pan Yishan Inventor before: Zhu Xiaojing Inventor before: Li Qi Inventor before: Ma Xiao Inventor before: Xiao Yonghui Inventor before: Luo Hao Inventor before: Xu Lianman Inventor before: Li Guozhen |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |