CN110132199A - 一种回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法 - Google Patents

一种回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法，它是在在巷道距开切眼两个不同布置分别布置基本顶侧向断裂和基本顶走向断裂监测站，在监测站分别布置钻孔，在基本顶侧向断裂监测站利用深孔岩层位移计与钻孔摄像窥视仪探测两个设备结合，探测工作面基本顶侧向破断情况；在基本顶走向断裂监测站利用岩层位移计监测基本顶走向断裂情况；本发明可以直接获得现场数据，更加真实、有效的分析出基本顶断裂参数，为沿空巷道位置的确定提供数据参考。

Description

一种回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法
技术领域
本发明涉及回采工作面基本顶运动监测技术领域，尤其涉及一种可以现场探测回采工作面坚硬基本顶走向和基本顶侧向(合称基本顶水平方向)的断裂参数的方法。
背景技术
生产实践表明，长壁工作面开采后，坚硬基本顶岩层悬顶距大,悬顶时间长, 基本顶一旦破断垮落，工作面支架、区段煤柱或巷旁充填体将承受较大的压力，易导致支架压死、巷旁充填体破坏等。只有认清基本顶运动规律，才能有效确定采场的来压强度、沿空巷道的留设位置及实现采场支护设计的科学化和定量化，因此，有必要掌握坚硬基本顶的破断规律。
为了研究坚硬基本顶水平方向的破断规律，相关学者利用理论计算、数值模拟等方法，研究了坚硬基本顶的破断特征。在理论计算方面，多利用材料力学、损伤力学、弹性力学等理论建立公式或模型进行基本顶的破断规律的研究，但岩层介质属性的复杂性，许多问题按照采用解析力学方法往往难以得到精确的解答。在数值模拟方面，主要采用两种手段，一种是基于连续介质力学，采用有限元方法(ANSYS等)或有限差分法(FLAC等)对岩层破裂进行模拟分析；另一种是从不连续介质力学出发，通过不连续块体之间的接触关系(UDEC、3DEC 等)，对基本顶岩层破断进行模拟。但数值模型结果完全取决于建模方法、输入参数、模型结果验证等诸多方面,模拟结果主观性较大，很难反映真实情况，导致对基本顶运动参数预判不准确，从而不能准确掌握基本顶的运动规律，无法对现场起到指导性作用。
为了实现现场探测，目前多利用数字式全景钻孔记录仪、声波探测。其中数字式全景钻孔记录仪只能对基本顶的断裂线位置进行确定，不能确定基本顶的断裂跨度；声波探测获取的声学信号较为复杂，工作人员不易操作识别。
申请人曾申请了一种回采工作面基本顶超前断裂距离的确定方法的发明专利，专利申请号2014103004447，它是以工作面前方一定距离的回采巷道作为测站，在测站内安装锚索应力监测系统，根据各锚索的工作阻力和监测到的应力监测距离，获得每个推进距离时的各锚索工作阻力曲线图，从中选出突变曲线；根据该突变曲线，获得突变点对应的的应力监测距离，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。该技术的探测方法和本发明不同，且它探测到的只是基本顶走向的超前断裂距离，无法获取基本顶侧向的断裂参数，不能全面反映基本顶的破断规律。
发明内容
为了真实反映和准确掌握基本顶的运动规律，对现场起到指导性作用，本发明提供一种准确预判基本顶运动参数的回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法。
注释：本发明所述的基本顶走向和基本顶侧向即为工作面走向和工作面侧向。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法，其特征在于，其包括基本顶侧向断裂探测和基本顶走向断裂探测两大部分：
第一大部分：基本顶侧向断裂探测
基本顶侧向断裂探测包括以下步骤：
步骤1.1：结合工作面现场条件，在巷道距开切眼300±10m处布置Ⅰ#监测站；
步骤1.2：在Ⅰ#监测站按照工作面推进方向依次建立A1、B1、A2、B2四个监测子分站，四个监测子分站相邻间隔1m，其中A1和A2监测子分站为侧向位移监测子分站，B1和B2为侧向窥视监测子分站，这样实际上就组成两对监测分站A1B1和A2B2；
步骤1.3：在监测分站A1B1和A2B2均开设6个侧向位移监测钻孔和6个侧向窥视钻孔，具体方法如下：
在A1、B1、A2、B2四个监测子分站中分别开设6个直径50mm的钻孔，6个钻孔与巷道顶板的夹角分别为30°、40°、50°、60°、70°、80°，要求监测分站A1B1和A2B2中的一个监测分站的钻孔布置在距实体帮为1.0m的采空区侧，另一监测分站的钻孔布置在距开采帮为1.0m的实体煤侧，每个子分站中相邻钻孔间距为(b-2)/5m，b为巷道宽度；
上述四个监测子分站中钻孔起始端间距相等；
上述开设在A1和A2监测子分站的12个钻孔称为侧向位移监测钻孔，其中从采空区到巷道的6个侧向位移监测钻孔依次为A1#、A2#、A3#、A4#、A5#、A6#；从巷道到实体煤的6个侧向位移监测钻孔依次编号为A7#、A8#、A9#、A10#、A11#、 A12#；
上述开设在B1和B2监测子分站的钻孔称为侧向窥视钻孔，12个侧向窥视钻孔依次为B1#、B2#、B3#……B12#表示；
步骤1.4：待Ⅰ#监测站钻孔钻取完成后，在所有侧向位移监测钻孔中安装深孔岩层位移计，同时将数据存储与记录装置固定在巷道表面，以方便后期数据的读取；
步骤1.5：待深孔岩层位移计安装完成之后，当工作面推采至距A1监测子分站50m时，每天读取深孔岩层位移计数据，直至工作面推过B2监测子分站50m 之后，停止数据采集；期间，利用钻孔摄像窥视仪对侧向窥视子分站的各侧向窥视钻孔孔壁进行窥视；
步骤1.6：根据位于采空区的六个侧向位移监测钻孔监测数据的变化趋势初步判定基本顶侧向采空区上方断裂线，也就是说确定基本顶侧向采空区上方断裂线处于哪两个采空区上方侧向位移监测钻孔之间，这两个采空区上方侧向位移监测钻孔用Ai#和Ai+1#表示，i为处于采空区的侧向位移监测钻孔编号，1≤i≤5；
步骤1.7：根据位于实体煤的六个侧向位移监测钻孔监测数据的变化趋势初步判定基本顶侧向断裂线，也就是说确定基本顶侧向断裂线处于哪两个实体煤侧向位移监测钻孔之间，这两个实体煤侧向位移监测钻孔用Au#和Au+1#表示，u为处于实体煤的侧向位移监测钻孔编号，7≤u≤11；
步骤1.8：结合侧向位移监测钻孔监测数据和侧向窥视钻孔窥视结果确定基本顶侧向断裂线，判断基本顶侧向断裂线是位于巷道横截面铅垂中心轴、偏采空区或偏实体煤侧；
步骤1.9：根据基本顶侧向断裂线利用公式计算基本顶侧向断裂参数，断裂参数包括基本顶侧向破断跨距La、基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc和侧向回转角α；具体如下：
(1)当基本顶侧向断裂线位于巷道横截面铅垂中心时，也就是基本顶侧向断裂线处于A6#和A7#侧向位移监测钻孔之间；
①基本顶侧向断裂跨距La
当基本顶侧向断裂线位于A6#和A7#侧向位移监测钻孔之间时，由于基本顶侧向采空区上方断裂线位于Ai#与A(i+1)#侧向位移监测钻孔之间，所以基本顶侧向最大断裂跨距Lamax为Ai#钻孔与巷道横截面铅垂中心轴之间距离，基本顶侧向最小断裂跨距Lamin为A(i+1)#钻孔与巷道横截面铅垂中心轴之间距离；即：
Lamin≤La≤Lamax
式中：
MZ—直接顶厚度，m；
ME—基本顶厚度，m；
βi—Ai#侧向位移监测钻孔布置角度；
βi+1—Ai+1#侧向位移监测钻孔布置角度；
b—巷道宽度，m；
Lm—同一个子分站中相邻侧向位移监测钻孔间距，m。
②基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc＝b/2,b为巷道宽度；
③基本顶侧向回转角α
式中：
AB—A6#侧向位移监测钻孔起始端至基本顶断裂位置的距离,m；
ΔLA6—布置在A6#侧向位移监测钻孔中的位移计钢绞线长度变化量，m；
βA6—A6#侧向位移监测钻孔布置角度。
(2)当基本顶侧向断裂线位于偏采空区侧时
此时，基本顶侧向断裂线和基本顶侧向采空区上方断裂线都处在采空区，也就是说，基本顶侧向断裂线和基本顶侧向采空区上方断裂线分别处于A1#～A6#某两个钻孔之间，为了便于区分，将基本顶侧向断裂线位于偏采空区侧某两个钻孔定义为Ai’#和A(i+1)’#，0≤i’≤5；
①基本顶侧向断裂跨距La
当基本顶侧向断裂线位于偏采空区侧Ai’#与A(i+1)’#侧向位移监测钻孔之间时，由于基本顶侧向采空区上方断裂线位于Ai#与Ai+1#侧向位移监测钻孔之间，所以基本顶侧向最大断裂跨距Lamax为Ai#与A(i+1)’#钻孔之间距离，基本顶侧向最小断裂跨距Lamin为Ai+1#与Ai’#钻孔之间距离,即：
式中：
βi’—Ai’#侧向位移监测钻孔布置角度；
β(i+1)’—A(i+1)’#侧向位移监测钻孔布置角度；
②基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc
③本顶侧向回转角α
式中：
AB’—Ai’#侧向位移监测钻孔起始端至基本顶断裂位置的距离,m
ΔLAi’—布置在Ai’#侧向位移监测钻孔中的位移计钢绞线长度变化量，m；
(3)基本顶侧向断裂线位于偏实体煤侧Au#和Au+1#钻孔之间时
①基本顶侧向断裂跨距La
当基本顶侧向断裂线位于偏实体煤侧时，基本顶侧向断裂跨距La的计算分为三种情况：
情况一是：基本顶侧向断裂线两侧侧向位移监测钻孔Au#或Au+1#，与基本顶侧向采空区上方断裂线两侧侧向位移监测钻孔Ai#或Ai+1#的起始端均不交叉；也就是说，Au#与Ai#或Ai+1#不交叉，Au+1#与Ai#或Ai+1#也不交叉；
情况二是：基本顶侧向断裂线两侧侧向位移监测钻孔Au#和Au+1#，与基本顶侧向采空区上方断裂线两侧侧向位移监测钻孔Ai#和Ai+1#的起始端有两组交叉，也就是说，Au#钻孔与Ai#或Ai+1#钻孔交叉时，Au+1#钻孔就与Ai+1#或Ai#钻孔交叉；
情况三是：基本顶侧向断裂线两侧侧向位移监测钻孔Au#和Au+1#，与基本顶侧向采空区上方断裂线两侧侧向位移监测钻孔Ai#和Ai+1#的起始端有一组交叉、一组不交叉，也就是说，Au#和Au+1#钻孔中有一个与Ai#或Ai+1#钻孔有交叉。
情况一的基本顶侧向断裂跨距La
情况二的基本顶侧向断裂跨距La
情况三的基本顶侧向断裂跨距La
式中：
βu—Au#侧向位移监测钻孔布置角度；
βu+1—Au+1#侧向位移监测钻孔布置角度；
②基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc
③基本顶侧向回转角α
式中：
CD—Au+1#侧向位移监测钻孔起始端至基本顶断裂线的距离，m(可通过数字全景钻孔成像仪2测量获得)；
ΔLAu+1—布置在Au+1#侧向位移监测钻孔中的位移计钢绞线长度变化量，m；
至此，在Ⅰ#监测站探测基本顶侧向断裂参数结束；为了增加准确性，在巷道距开切眼400m±10m处再布置一个Ⅱ#监测站，按照Ⅰ#监测站的探测方法，确定Ⅱ#监测站基本顶侧向断裂参数，取两个监测站的基本顶侧向断裂参数均值即为回采工作面基本顶侧向断裂参数；
第二大部分：基本顶走向断裂参数探测
步骤2.1：结合工作面现场条件，在巷道距开切眼450±10m处，开始布置一个Ⅲ#监测站，在Ⅲ#监测站开设25个直径为50mm的走向位移监测钻孔，每个走向位移监测钻孔起始端位于巷道横截面铅垂中心轴，终端位于基本顶上部，与巷道顶板的夹角为20°，钻孔间距为4m；按照工作面走向，25个走向位移监测钻孔依次用E1#、E2#、E3#……E25#表示；
步骤2.2：待钻孔钻取完成后，在每个走向位移监测钻孔安装深孔岩层位移计，同时将岩层位移计数据存储与记录装置固定在巷道表面，以方面后期数据的读取；
步骤2.3：安装完成之后，在工作面距E1#走向位移监测钻孔50m时，开始每天监测各走向位移监测钻孔内深孔岩层位移计位移变化情况，直至工作面推过E25#走向位移监测钻孔50m之后，停止监测；
步骤2.4：根据走向位移监测钻孔监测数据判定基本顶走向断裂位置，确定断裂线初始和结束位置分别处于哪两个走向位移监测钻孔之间；
步骤2.5：通过数学公式确定基本顶走向断裂跨距Ln
以工作面推进方向为基准，设基本顶走向断裂位置起始点处于Ea#与E(a+1)# 走向位移监测钻孔之间，基本顶走向断裂位置终止点处于Eb#与E(b+1)#走向位移监测钻孔之间；则基本顶基本顶走向断裂跨距Ln用下式表达；
[(b)-(a+1)]Lf≤Ln≤[(b+1)-(a)]Lf
式中：
(a)—Ea#走向位移监测钻孔编号；
(b+1)—Eb+1#走向位移监测钻孔编号；
(a+1)—Ea+1#走向位移监测钻孔编号；
(b)—Eb#走向位移监测钻孔编号；
Lf—相邻走向位移监测钻孔之间距离，m。
本发明探测方法所用的深孔岩层位移计和全景钻孔成像装置为现有技术，在此不再详述。
本发明的基本顶侧向断裂参数探测和基本顶走向断裂参数探测方法可以独立使用，在实际中，可以根据需要自行选择。
本发明的优点在于：
1)、本发明通过深孔岩层位移计和全景钻孔成像装置种设备相结合进行回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法，该方法可以直接获得现场数据，更加真实、有效的分析出基本顶断裂参数，为沿空巷道位置的确定提供数据参考。2)、本发明可以连续的监测基本顶的运动情况，更能清晰的认识基本顶侧向、走向的运动规律，为巷道支护参数确定、工作面液压支架的选型提供参考依据。3)、本发明设计合理，简单易懂，易于现场实施、操作，具有良好的推广应用价值。
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。
图1是本发明中监测站布置示意图；
图2是本发明中侧向位移监测钻孔的布置情况；
图3a-3b分别是图1的ⅲ-ⅲ和ⅳ-ⅳ断面图，图中反映本发明走向位移监测钻孔布置示意图；
图4a-4b分别是本发明基本顶侧向断裂位置位于巷道横截面铅垂中心轴时，从图4ⅰ-ⅰ和ⅱ-ⅱ断面看的示意图；
图5a-5c分别是本发明基本顶侧向断裂位置位于巷道横截面铅垂中心轴时，基本顶侧向最大断裂跨距、最小断裂跨距和基本顶侧向回转角的计算模型示意图；
图6a-6b分别是本发明基本顶侧向断裂位置位于偏采空区侧时，从图1ⅰ- ⅰ和ⅱ-ⅱ断面看的示意图；
图7a-7c分别是本发明基本顶侧向断裂位置位于偏采空区侧时，基本顶侧向最大断裂跨距、基本顶侧向断裂线距开采帮的最小距离、基本顶侧向最小断裂跨距、基本顶侧向断裂线距开采帮的最大距离以及基本顶侧向回转角的计算模型示意图；
图8a-8b是本发明基本顶侧向断裂位置位于偏实体煤侧时，从图1ⅰ-ⅰ和ⅱ-ⅱ断面看的示意图；
图9a-9g是本发明中基本顶侧向断裂位置位于偏实体煤侧参数计算模型示 意图；其中图9a为情况一基本顶侧向最大断裂跨距和基本顶侧向断裂线距开采 帮的最大距离计算模型示意图、图9b为情况一基本顶侧向最小断裂跨距和基本 顶侧向断裂线距开采帮的最小距离计算模型示意图、图9c为情况二基本顶侧向 最大断裂跨距计算模型示意图、图9d为情况二基本顶侧向最小断裂跨距计算模 型示意图、图9e-9f分别为情况三基本顶侧向最大断裂跨距和最小断裂跨距计 算模型示意图、图9g为基本顶侧向回转角计算模型示意图；
图10是本发明中基本顶走向断裂位置示意图；
图11a-11b分别是本发明基本顶走向最大断裂跨距和最小断裂跨距计算模型示意图；
图12和图13分别是本发明一个实施例的基本顶侧向断裂参数和基本顶走向断裂参数的探测结果图。
图中：1-基本顶走向后断裂线；2-实体煤；3-工作面；4-巷道；5-实体帮； 6-开采帮；7-侧向位移监测钻孔；8-侧向窥视钻孔；9-走向位移监测钻孔；10- 煤层；11-直接顶；12-基本顶；13-巷旁充填体；14-采空区；15-基本顶侧向断裂线；16-基本顶侧向采空区上方断裂线；17-基本顶走向前断裂线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法，包括基本顶侧向断裂探测和基本顶走向断裂探测两大部分：
第一大部分：基本顶侧向断裂探测
基本顶侧向断裂探测包括以下步骤：
步骤1.1：随着工作面向前推进，在采空区边缘人工构筑巷旁充填体13，进而保留上区段运输巷道作为下区段回风巷道；结合工作面3现场条件，从现场看出，在巷道4距开切眼300±10m处布置Ⅰ#监测站；
步骤1.2：在Ⅰ#监测站按照工作面3推进方向依次建立A1、B1、A2、B2四个监测子分站，四个监测子分站相邻间隔1m，其中A1和A2监测子分站为侧向位移监测子分站，B1和B2为侧向窥视监测子分站，这样实际上就组成两对监测分站A1B1和A2B2；(见图1)
步骤1.3：在监测分站A1B1和A2B2均开设6个侧向位移监测钻孔7和6个侧向窥视钻孔8，具体方法如下(见图1-2)：
在A1、B1、A2、B2四个监测子分站中分别开设6个相同孔间距的直径50mm 的钻孔，6个钻孔与巷道顶板的夹角分别为30°、40°、50°、60°、70°、 80°，实施例中，A1B1监测分站的六个侧向位移监测钻孔钻孔7和六个侧向窥视钻孔8布置在采空区14，A2B2监测分站的六个侧向位移监测钻孔钻孔7和六个侧向窥视钻孔8布置在实体煤1侧；
上述从采空区14到巷道4的六个侧向位移监测钻孔依次为A1#、A2#、A3#、 A4#、A5#、A6#；从巷道4到实体煤5的六个侧向位移监测钻孔依次编号为A7#、 A8#、A9#、A10#、A11#、A12#；
上述12个侧向窥视钻孔依次为B1#、B2#、B3#……B12#表示；为了更加突出侧向位移监测钻孔的布置关系，图2中未画出侧向窥视钻孔，实际上就是一个侧向位移监测钻孔7需要伴随一个侧向窥视钻孔8；
步骤1.4：待Ⅰ#监测站钻孔钻取完成后，在所有侧向位移监测钻孔中安装深孔岩层位移计，同时将数据存储与记录装置固定在巷道表面，以方便后期数据的读取；
步骤1.5：待深孔岩层位移计安装完成之后，当工作面3推采至距A1监测子分站50m时，每天读取深孔岩层位移计数据，直至工作面推过B2监测子分站 50m之后，停止数据采集；期间，利用钻孔摄像窥视仪对侧向窥视子分站的各侧向窥视钻孔孔壁进行窥视；
步骤1.6：由于深孔岩层位移计锚固器均位于基本顶12的同一层位，为此可通过监测锚固器位移变化范围确定基本顶12运动特征。对于强度高、整体性强、节理裂隙不发育的基本顶12可看做连续体，在采动压力影响下，位移必然处处连续，如果两侧向位移监测钻孔7位移变化速率相差较大时，说明两侧向位移监测钻孔7之间基本顶12位移出现不连续，此处基本顶12可能为非连续体，可以初步判定基本顶12侧向断裂位置位于上述两侧向位移监测钻孔7之间。
基于上述机理，本发明根据位于采空区14的六个侧向位移监测钻孔(A1#-A6#) 监测数据的变化趋势，初步判定基本顶侧向采空区上方断裂线16处于哪两个采空区上方侧向位移监测钻孔之间，这两个采空区上方侧向位移监测钻孔用Ai#和 Ai+1#表示，i为处于采空区的侧向位移监测钻孔编号，1≤i≤5；
同理，本发明根据位于实体煤1的六个侧向位移监测钻孔监测数据的变化趋势，初步判定基本顶侧向断裂线15处于哪两个实体煤侧向位移监测钻孔之间，这两个实体煤侧向位移监测钻孔用Au#和Au+1#表示，u为处于实体煤1的侧向位移监测钻孔编号，7≤u≤11；
步骤1.7：由于根据各侧向位移监测钻孔7监测结果可初步判定基本顶12 侧向断裂位置，然后利用数字全景钻孔成像仪2依次对断裂位置两侧侧向窥视钻孔8进行窥视，根据窥视结果分析出侧向窥视钻孔8是否出现岩层错动现象，如相邻侧向窥视钻孔8一个出现岩层错动现象，一个未出现岩层错动现象，可判定基本顶12断裂位置位于此两侧向窥视钻孔8之间。
基于上述机理，本发明结合侧向位移监测钻孔监测数据和侧向窥视钻孔窥视结果确定基本顶侧向断裂线15，是位于图4所示的巷道横截面铅垂中心轴、图6a-6b所示的偏采空区或图8a-8b所示的偏实体煤侧；
步骤1.8：根据基本顶侧向断裂线位置利用公式计算基本顶侧向断裂参数，断裂参数包括基本顶侧向破断跨距La、基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc和侧向回转角α；具体如下：
(1)当基本顶侧向断裂线15位于图10所示的巷道4横截面铅垂中心时，实际上侧向断裂位置是处于A6#和A7#侧向位移监测钻孔之间；
①基本顶侧向断裂跨距La
当基本顶侧向断裂线位于巷道横截面铅垂中心轴，即A6#和A7#侧向位移监测钻孔之间时，由于基本顶侧向采空区上方断裂线位于Ai#与A(i+1)#侧向位移监测钻孔之间，所以基本顶侧向最大断裂跨距Lamax为Ai#钻孔与巷道横截面铅垂中心轴之间距离，基本顶侧向最小断裂跨距Lamin为A(i+1)#钻孔与巷道横截面铅垂中心轴之间距离；即：
a)基本顶侧向最大断裂跨距Lamax(见图5a)
Lamax＝L1+L2 (1)
式中：
L1—Ai#钻孔起始端至基本顶侧向釆空区上方断裂线水平距离，m；
L2—Ai#钻孔起始端与巷道横截面铅垂中心轴之间的距离，m；
MZ—直接顶的厚度，m；
ME—基本顶厚度，m；
βi—Ai#钻孔布置角度，°；
b—巷道宽度，m；
Lm—相邻侧向位移监测钻孔起始端间距，m。
b)基本顶侧向最小断裂跨距Lamin(见图5b))
Lamin＝L3+L4 (5)
式中：
L3—Ai+1#钻孔起始端至基本顶侧向釆空区上方断裂线水平距离，m；
L4—Ai+1#钻孔起始端与巷道横截面铅垂中心轴之间的距离，m；
βi+1—Ai+1#钻孔布置角度；
这样，基本顶侧向断裂跨距La范围为：
Lamin≤La≤Lamax (9)
②基本顶侧向断裂线15距开采帮6的距离Lc(见图5a)
由于基本顶侧向断裂线位于巷道横截面铅垂中心轴，所以Lc＝b/2；
③基本顶侧向回转角α(见图5c)
OB＝sinβ6AB-MZ (12)
式中：
AB—A6#钻孔起始端至基本顶侧向断裂线的距离，m；
ΔLA6—布置在A6#钻孔中的位移计钢绞线长度变化量，m；
β6—A6#钻孔布置角度；
(2)当基本顶侧向断裂线15位于偏采空区14侧
此时，基本顶侧向断裂线15和基本顶侧向采空区上方断裂线16都处在采空区14，也就是说，基本顶侧向断裂线15和基本顶侧向采空区上方断裂线16分别处于A1#-A6#某两个钻孔之间，为了便于区分，将基本顶侧向断裂线15位于偏采空区侧某两个钻孔定义为Ai’#和A(i+1)’#，0≤i’≤5；
①基本顶侧向断裂跨距La
当基本顶侧向断裂线15位于偏采空区侧Ai’#与A(i+1)’#侧向位移监测钻孔之间时，由于基本顶侧向采空区上方断裂线16位于Ai#与Ai+1#侧向位移监测钻孔之间，所以基本顶侧向最大断裂跨距Lamax为Ai#与A(i+1)’#钻孔之间距离，基本顶侧向最小断裂跨距Lamin为Ai+1#与Ai’#钻孔之间距离：
a)基本顶侧向最大断裂跨距Lamax(见图7a)
Lamax＝L5+L7-L6 (14)
式中：
L5—Ai#钻孔起始端至基本顶侧向釆空区上方断裂线水平距离，m；
L6—A(i+1)’#钻孔起始端至基本顶侧向断裂线水平距离，m；
L7—Ai#钻孔起始端与A(u+1)’#钻孔起始端之间距离，m；
β(i+1)’—A(i+1)’#钻孔布置角度，°；
b)基本顶侧向最小断裂跨距Lamin(见图7b)
Lamin＝L8+L10-L9 (19)
L10＝[i′-(i+1)]Lm (22)
式中：
L8—Ai+1#钻孔起始端至基本顶侧向釆空区上方断裂线水平距离，m；
L9—Ai’#钻孔起始端至基本顶侧向釆空区上方断裂线水平距离,m；
L10—Ai+1#钻孔起始端与Ai’#钻孔起始端之间距离，m；
因此：基本顶侧向断裂跨距La范围为：
Lamin≤La≤Lamax (24)
②基本顶侧向断裂线15距开采帮6的距离Lc(见图7b)
当基本顶侧向断裂线15位于采空区侧Ai’#与A(i+1)’#侧向位移监测钻孔之间时，即：基本顶侧向断裂线距开采帮的最大距离Lcmax为Ai’#钻孔与开采帮之间距离，基本顶侧向断裂线距开采帮的最小距离Lcmin为A(i+1)’#钻孔与开采帮之间距离 (见图7)。
a)基本顶侧向断裂线距开采帮的最大距离Lcmax(见图7b)
Lcmax＝L9-L12 (26)
L12＝(i′-1)Lm+1 (27)
式中：L12—Ai’#钻孔起始端至开采帮水平距离，m；
b)基本顶侧向断裂线距开采帮的最小距离Lcmin(见图7a)
Lcmin＝L6-L11 (29)
L11＝[(i+1)′-1]Lm+1 (30)
式中：L11—A(i+1)’#钻孔起始端至开采帮水平距离，m；
基本顶侧向断裂线15距开采帮6的距离Lc范围为：
Lcmin≤Lc≤Lcmax (32)
③基本顶侧向回转角α(见图7c)
OE＝sinβi’AB’-MZ (35)
式中：
AB’—Ai’#钻孔起始端至基本顶侧向断裂线的距离；
ΔLAi’—布置在Ai’#钻孔中的位移计钢绞线长度变化量，m；
(3)基本顶侧向断裂线15位于偏实体煤1侧Au#和Au+1#钻孔之间时
①基本顶侧向断裂跨距La
当基本顶侧向断裂线15位于实体煤1侧的侧向位移监测钻孔Au#与A(u+1)#之间,由于基本顶侧向采空区上方断裂线16位于侧向位移监测钻孔Ai#与A(i+1)#之间，即：基本顶侧向最大断裂跨距Lamax为Ai#与A(u+1)#钻孔之间距离，基本顶侧向最小断裂跨距Lamin为A(i+1)#与Au#钻孔之间距离(见图9)。
基本顶侧向断裂跨距La的计算分为三种情况：
情况一是(见图9a-9b)：、Au#与Ai#或Ai+1#不交叉，Au+1#与Ai#或Ai+1#也不交叉；
情况二是(见图9c-9d)：Au#与Ai#或Ai+1#交叉时，Au+1#就与Ai+1#或Ai#交叉；
情况三是(见图9e-9f)：Au#和Au+1#中有一个与Ai#或Ai+1#有交叉。
情况一的基本顶侧向断裂跨距La
a)基本顶侧向最大断裂跨距Lamax(见图9a)
Lamax＝L13+L14+L15 (37)
L15＝|(u+1)-i-6|Lm (40)
式中：
L13—Au+1#钻孔起始端至基本顶侧向断裂线水平距离，m；
L14—Ai#钻孔起始端至基本顶侧向釆空区上方断裂线水平距离，m；
L15—Au+1#钻孔起始端与Ai#钻孔起始端之间距离，m；
b)基本顶侧向最小断裂跨距Lamin(见图9b)
Lamin＝L17+L18+L19 (42)
L19＝|u-(i+1)-6|Lm (45)
式中：
L17—Au#钻孔起始端至基本顶侧向断裂线水平距离，m；
L18—Ai+1#钻孔起始端至基本顶侧向釆空区上方断裂线水平距离，m；
L19—Au#钻孔起始端与Ai+1#钻孔起始端之间距离，m；
基本顶侧向断裂跨距La范围为：
Lamin≤La≤Lamax (47)
情况二的基本顶侧向断裂跨距La
a)基本顶侧向最大断裂跨距Lamax(见图9c)
Lamax＝L21+L22-L23 (49)
L23＝|(u+1)-i-6|Lm (52)
式中：
L21—Au+1#钻孔起始端至基本顶侧向断裂线水平距离，m；
L22—Ai#钻孔起始端至基本顶侧向釆空区上方断裂线水平距离，m；
L23—Au+1#钻孔起始端与Ai#起始端之间距离，m；
b)基本顶侧向最小断裂跨距Lamin(见图9d)
Lamin＝L24+L25-L26 (54)
L26＝|u-(i+1)-6|Lm (57)
式中:
L24—Au#钻孔起始端至基本顶侧向断裂线水平距离，m；
L25—Ai+1#钻孔起始端至基本顶侧向釆空区上方断裂线水平距离，m；
L26—Au#钻孔起始端与Ai+1#钻孔起始端之间距离；
基本顶侧向断裂跨距La范围为：
Lamin≤La≤Lamax (59)
情况三的基本顶侧向断裂跨距La
a)基本顶侧向最大断裂跨距Lamax(见图9e)
Lamax＝L27+L28+L29 (61)
L29＝|(u+1)-i-6|Lm (64)
式中：
L27—Au+1#钻孔起始端至基本顶侧向断裂线水平距离，m；
L28—Ai#钻孔起始端至基本顶侧向釆空区上方断裂线水平距离，m；
L29—Au+1#钻孔起始端与Ai#钻孔起始端之间距离，m；
b)基本顶侧向最小断裂跨距Lamin(见图9f)
La3min＝L30+L31-L32 (66)
L32＝|u-(i+1)-6|Lm (69)
式中:
L30—Au#孔起始端至基本顶侧向断裂线水平距离，m；
L31—Ai+1#钻孔起始端至基本顶侧向釆空区上方断裂线水平距离，m；
L32—Au#钻孔起始端与Ai+1#钻孔起始端之间距离；
基本顶侧向断裂跨距La3范围为：
Lamin≤La≤Lamax (71)
②基本顶侧向断裂线15距开采帮6的距离Lc
当基本顶侧向断裂线15位于实体煤侧1的侧向位移监测钻孔Au#与A(u+1)#之间时，基本顶侧向断裂线15距开采帮6的最大距离Lcmax为A(u+1)#钻孔与开采帮 6之间距离，基本顶侧向断裂线15距开采帮6的最小距离Lcmin为Au#与开采帮6 之间距离(见图9)。
a)基本顶侧向断裂线15距开采帮6的最大距离Lcmax(见图9a)
Lcmax＝L13+b-L16 (73)
L16＝[12-(u+1)]Lm+1 (74)
式中：L16—Au+1#钻孔起始端至开采帮水平距离，m；
b)基本顶侧向断裂线15距开采帮6的最小距离Lcmin(见图9b)
Lcmin＝L17+b-L20 (76)
L20＝(12-u)Lm+1 (77)
式中：L20—Au#钻孔起始端至开采帮水平距离，m。
基本顶侧向断裂位置距开采帮的距离Lc范围为：
Lcmin≤Lc≤Lcmax (79)
③基本顶侧向回转角α(见图9g)
OH≈HJ＝sinβu+1GH-MZ (82)
式中：
GH—Au+1#钻孔起始端至断裂位置的距离，m；
ΔLAu+1—布置在Au+1#钻孔中的位移计钢绞线长度变化量，m；
至此，在Ⅰ#监测站探测基本顶侧向断裂参数结束；为了增加准确性，在巷道4距开切眼400m±10m处再布置一个Ⅱ#监测站(见图1)，按照Ⅰ#监测站的探测方法，确定Ⅱ#监测站基本顶侧向断裂参数，取两个监测站的基本顶侧向断裂参数均值即为回采工作面基本顶侧向断裂参数；
第二大部分：基本顶走向断裂参数探测
步骤2.1：结合工作面现场条件，在巷道4距开切眼450±10m处，开始布置一个Ⅲ#监测站，在Ⅲ#监测站开设25个直径为50mm的走向位移监测钻孔9，每个走向位移监测钻孔起始端位于巷道4横截面铅垂中心轴，终端位于基本顶 12上部，与巷道顶板的夹角为20°，钻孔间距为4m；
上述25个走向位移监测钻孔用E表示，也就是说：按照工作面走向，25个走向位移监测钻孔依次用E1#、E2#、E3#……E25#表示；(见图3a-3b)
步骤2.2：待走向位移监测钻孔钻取完成后，在每个走向位移监测钻孔安装深孔岩层位移计，同时将岩层位移计数据存储与记录装置固定在巷道表面，以方面后期数据的读取；
步骤2.3：安装完成之后，在工作面距E1#走向位移监测钻孔50m时，开始每天监测各走向位移监测钻孔内深孔岩层位移计位移变化情况，直至工作面推过E25#走向位移监测钻孔50m之后，停止监测；
步骤2.4：由于深孔岩层位移计锚固器均位于基本顶12的同一层位，为此可通过监测锚固器位移变化范围确定基本顶运动特征。对于强度高、整体性强、节理裂隙不发育的基本顶12可看做连续体，在采动压力影响下，位移必然处处连续，如果两走向位移监测钻孔9位移变化速率相差较大时，说明两走向位移监测钻孔9之间基本顶12位移出现不连续，此处基本顶12可能为非连续体，可以初步判定基本顶12走向断裂位置位于上述两走向位移监测钻孔9之间(见图10)。
基于上述机理，本发明根据走向位移监测钻孔监测数据判定基本顶走向断裂位置，确定断裂线初始和结束位置分别处于哪两个走向位移监测钻孔之间；
步骤2.5：通过数学公式确定基本顶走向断裂跨距Ln
以工作面3推进方向为基准，设基本顶走向前断裂线17处于Ea#与E(a+1)#走向位移监测钻孔之间，基本顶走向后断裂线1处于Eb#与E(b+1)#走向位移监测钻孔之间；则，基本顶走向最大断裂跨距Lnmax为Ea#与E(b+1)#钻孔之间距离，基本顶走向最小断裂跨距Lnmin为E(a+1)#与Eb#钻孔之间距离。
a)基本顶走向最大断裂跨距Lnmax(见图11a)
Lnmax＝[(b+1)-(a)]Lf (84)
式中：Lf—相邻走向位移监测钻孔之间距离，m；(a)—Ea#钻孔编号；
(b+1)—Eb+1#钻孔编号；
b)基本顶走向最小断裂跨距Lnmin(见图11b)
Lnmin＝[(b)-(a+1)]Lf (85)
式中：(a+1)--Ea+1#钻孔编号；(b)--Eb#钻孔编号；
基本顶走向断裂跨距Ln范围为：
Lnmin≤Ln≤Lnmax (86)
[(b)-(a+1)]Lf≤Ln≤[(b+1)-(a)]Lf (87)
为了验证本发明的效果，利用本发明探测方法对某一个煤矿某一个回采工作面坚硬基本顶断裂参数进行现场探测。
实施时，按照本发明的钻孔布置方法布置侧向位移监测钻孔和走向位移监测钻孔，侧向位移监测钻孔钻孔间距Lm＝0.44m，走向位移监测钻孔间距Lf为4m。
一、基本顶侧向断裂参数探测
根据现场探测结果(见图12)，发现基本顶侧向采空区上方断裂线16位于侧向位移监测钻孔A2#和A3#之间，基本顶侧向断裂线15位于偏实体煤1侧的A8# 和A9#钻孔之间，其中A3#钻孔起始端与A8#钻孔起始端交叉，A2#钻孔起始端与 A6#钻孔起始端不交叉，属于基本顶侧向断裂线15位于偏实体煤1侧的第三种情况；由工作面地质资料及监测结果可知，巷道宽b为4.2m，直接顶11的厚度 MZ为2.6m，基本顶ME为10.7m，侧向位移监测钻孔A2#、A3#、A8#和A9#的布置角度β2、β3、β8、β9分别为40°、50°、70°、60°，布置在A9#侧向位移监测钻孔中的位移计钢绞线的变化量ΔLA9为0.48m，GH为10.9m。根据具体实施方式给出的第三种情况计算公式得到：
a)基本顶侧向断裂跨距La3
基本顶侧向最大断裂跨距
基本顶侧向最小断裂跨距
基本顶侧向断裂跨距La3为15.56～23.97m，平均为19.77m。
b)基本顶侧基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc
基本顶侧基本顶侧向断裂线距开采帮最大距离
基本顶侧基本顶侧向断裂线距开采帮最小距离
基本顶侧基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc为6.28～9.56，平均为7.92m。
c)基本顶侧向回转角
二、基本顶走向断裂参数探测
利用深孔岩层位移计得到基本顶走向断裂现场探测结果(见图13)，发现基本顶走向断裂线分别处于E5#与E6#、E10#与E11#、E15#与E16#、E20#与E21#走向位移监测钻孔之间。为方便计算，选取E5#与E6#、E10#与E11#为研究对象，即基本顶走向前断裂线17处于E5#与E6#走向位移监测钻孔之间，基本顶走向后断裂线18 处于E10#与E11#走向位移监测钻孔之间。
a)基本顶走向断裂跨距Ln
基本顶走向最大断裂跨距Lnmax＝6Lf＝24
基本顶走向最小断裂跨距Lnmax＝4Lf＝16
基本顶走向断裂跨距Ln为16～24m，平均为20m。

Claims (2)

1.一种回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法，其特征在于，其包括基本顶侧向断裂探测步骤，具体如下：
步骤1.1：结合工作面现场条件，在巷道距开切眼300±10m处布置Ⅰ#监测站；
步骤1.2：在Ⅰ#监测站按照工作面推进方向依次建立A1、B1、A2、B2四个监测子分站，四个监测子分站相邻间隔1m，其中A1和A2监测子分站为侧向位移监测子分站，B1和B2为侧向窥视监测子分站，这样实际上就组成两对监测分站A1B1和A2B2；
步骤1.3：在监测分站A1B1和A2B2均开设6个侧向位移监测钻孔和6个侧向窥视钻孔，具体方法如下：
在A1、B1、A2、B2四个监测子分站中分别开设6个直径50mm的钻孔，6个钻孔与巷道顶板的夹角分别为30°、40°、50°、60°、70°、80°，要求监测分站A1B1和A2B2中的一个监测分站的钻孔布置在距实体帮为1.0m的采空区侧，另一监测分站的钻孔布置在距开采帮为1.0m的实体煤侧，每个子分站中相邻钻孔间距为(b-2)/5m，b为巷道宽度；
上述四个监测子分站中钻孔起始端间距相等；
上述开设在A1和A2监测子分站的12侧向位移监测钻孔，其中从采空区到巷道的6个侧向位移监测钻孔依次为A1#、A2#、A3#、A4#、A5#、A6#；从巷道到实体煤的6个侧向位移监测钻孔依次编号为A7#、A8#、A9#、A10#、A11#、A12#；
上述开设在B1和B2监测子分站的12个侧向窥视钻孔依次为B1#、B2#、B3#……B12#表示；
步骤1.4：待Ⅰ#监测站钻孔钻取完成后，在所有侧向位移监测钻孔中安装深孔岩层位移计，同时将数据存储与记录装置固定在巷道表面，以方便后期数据的读取；
步骤1.5：待深孔岩层位移计安装完成之后，当工作面推采至距A1监测子分站50m时，每天读取深孔岩层位移计数据，直至工作面推过B2监测子分站50m之后，停止数据采集；期间，利用钻孔摄像窥视仪对侧向窥视子分站的各侧向窥视钻孔孔壁进行窥视；
步骤1.6：根据位于采空区的六个侧向位移监测钻孔监测数据的变化趋势初步判定基本顶侧向采空区上方断裂线，也就是说确定基本顶侧向采空区上方断裂线处于哪两个采空区上方侧向位移监测钻孔之间，这两个采空区上方侧向位移监测钻孔用Ai#和Ai+1#表示，i为处于采空区的侧向位移监测钻孔编号，1≤i≤5；
步骤1.7：根据位于实体煤的六个侧向位移监测钻孔监测数据的变化趋势初步判定基本顶侧向断裂线，也就是说确定基本顶侧向断裂线处于哪两个实体煤侧向位移监测钻孔之间，这两个实体煤侧向位移监测钻孔用Au#和Au+1#表示，u为处于实体煤的侧向位移监测钻孔编号，7≤u≤11；
步骤1.8：结合侧向位移监测钻孔监测数据和侧向窥视钻孔窥视结果确定基本顶侧向断裂线，判断基本顶侧向断裂线是位于巷道横截面铅垂中心轴、偏采空区或偏实体煤侧；
步骤1.9：根据基本顶侧向断裂线利用公式计算基本顶侧向断裂参数，断裂参数包括基本顶侧向破断跨距La、基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc和侧向回转角α；具体如下：
(1)当基本顶侧向断裂线位于巷道横截面铅垂中心时，也就是基本顶侧向断裂线处于A6#和A7#侧向位移监测钻孔之间；
①基本顶侧向断裂跨距La
当基本顶侧向断裂线位于巷道横截面铅垂中心轴，即A6#和A7#侧向位移监测钻孔之间时，由于基本顶侧向采空区上方断裂线位于Ai#与A(i+1)#侧向位移监测钻孔之间，所以基本顶侧向最大断裂跨距Lamax为Ai#钻孔与巷道横截面铅垂中心轴之间距离，基本顶侧向最小断裂跨距Lamin为A(i+1)#钻孔与巷道横截面铅垂中心轴之间距离；即：
Lamin≤La≤Lamax
式中：
MZ—直接顶厚度，m；
ME—基本顶厚度，m；
βi—Ai#侧向位移监测钻孔布置角度；
βi+1—Ai+1#侧向位移监测钻孔布置角度；
b—巷道宽度，m；
Lm—同一个子分站中相邻侧向位移监测钻孔间距，m；
②基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc＝b/2,b为巷道宽度；
③基本顶侧向回转角α
式中：
α—基本顶侧向回转角；
AB—A6#侧向位移监测钻孔起始端至基本顶断裂位置的距离,m；
ΔLA6—布置在A6#侧向位移监测钻孔中的位移计钢绞线长度变化量，m；
βA6—A6#侧向位移监测钻孔布置角度；
(2)当基本顶侧向断裂线位于偏采空区侧时
此时，基本顶侧向断裂线和基本顶侧向采空区上方断裂线都处在采空区，也就是说，基本顶侧向断裂线和基本顶侧向采空区上方断裂线分别处于A1#～A6#某两个钻孔之间，为了便于区分，将基本顶侧向断裂线位于偏采空区侧某两个钻孔定义为Ai’#和A(i+1)’#，0≤i’≤5；
①基本顶侧向断裂跨距La
当基本顶侧向断裂线位于偏采空区侧Ai’#与A(i+1)’#侧向位移监测钻孔之间时，由于基本顶侧向采空区上方断裂线位于Ai#与Ai+1#侧向位移监测钻孔之间，所以基本顶侧向最大断裂跨距Lamax为Ai#与A(i+1)’#钻孔之间距离，基本顶侧向最小断裂跨距Lamin为Ai+1#与Ai’#钻孔之间距离,即：
式中：
MZ—直接顶厚度，m；
ME—基本顶厚度，m；
βi—Ai#侧向位移监测钻孔布置角度；
βi+1—Ai+1#侧向位移监测钻孔布置角度；
βi’—Ai’#侧向位移监测钻孔布置角度；
β(i+1)’—A(i+1)’#侧向位移监测钻孔布置角度；
b—巷道宽度，m；
i—Ai#侧向位移监测钻孔编号；
(i+1)—Ai+1#侧向位移监测钻孔编号；
i’—Ai’#侧向位移监测钻孔编号；
(i+1)’—A(i+1)’#侧向位移监测钻孔编号；
Lm—同一个子分站中相邻侧向位移监测钻孔间距，m；
②基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc
式中：
MZ—直接顶厚度，m；
ME—基本顶厚度，m；
βi’—Ai’#侧向位移监测钻孔布置角度；
β(i+1)’—A(i+1)’#侧向位移监测钻孔布置角度；
i’—Ai’#侧向位移监测钻孔编号；
(i+1)’—A(i+1)’#侧向位移监测钻孔编号；
Lm—同一个子分站中相邻侧向位移监测钻孔间距，m；
③本顶侧向回转角α
式中：
α—基本顶侧向回转角；
AB’—Ai’#侧向位移监测钻孔起始端至基本顶断裂位置的距离,m
ΔLAi’—布置在Ai’#侧向位移监测钻孔中的位移计钢绞线长度变化量，m；
βi’—Ai’#侧向位移监测钻孔布置角度；
(3)基本顶侧向断裂线位于偏实体煤侧Au#和Au+1#钻孔之间时
①基本顶侧向断裂跨距La
当基本顶侧向断裂线位于偏实体煤侧时，基本顶侧向断裂跨距La的计算分为三种情况：
情况一是：基本顶侧向断裂线两侧侧向位移监测钻孔Au#或Au+1#，与基本顶侧向采空区上方断裂线两侧侧向位移监测钻孔Ai#或Ai+1#的起始端均不交叉；也就是说，Au#与Ai#或Ai+1#不交叉，Au+1#与Ai#或Ai+1#也不交叉；
情况二是：基本顶侧向断裂线两侧侧向位移监测钻孔Au#和Au+1#，与基本顶侧向采空区上方断裂线两侧侧向位移监测钻孔Ai#和Ai+1#的起始端有两组交叉，也就是说，Au#钻孔与Ai#或Ai+1#钻孔交叉时，Au+1#钻孔就与Ai+1#或Ai#钻孔交叉；
情况三是：基本顶侧向断裂线两侧侧向位移监测钻孔Au#和Au+1#，与基本顶侧向采空区上方断裂线两侧侧向位移监测钻孔Ai#和Ai+1#的起始端有一组交叉、一组不交叉，也就是说，Au#和Au+1#钻孔中有一个与Ai#或Ai+1#钻孔有交叉；
情况一的基本顶侧向断裂跨距La
情况二的基本顶侧向断裂跨距La
情况三的基本顶侧向断裂跨距La
式中：
MZ—直接顶厚度，m；
ME—基本顶厚度，m；
βi—Ai#侧向位移监测钻孔布置角度；
βi+1—Ai+1#侧向位移监测钻孔布置角度；
βu—Au#侧向位移监测钻孔布置角度；
βu+1—Au+1#侧向位移监测钻孔布置角度；
b—巷道宽度，m；
i—Ai#侧向位移监测钻孔编号；
(i+1)—Ai+1#侧向位移监测钻孔编号；
u—Au#侧向位移监测钻孔编号；
(u+1)—Au+1#侧向位移监测钻孔编号；
Lm—同一子分站中相邻侧向位移监测钻孔间距，m；
②基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc
式中：
MZ—直接顶厚度，m；
ME—基本顶厚度，m；
βu—Au#侧向位移监测钻孔布置角度；
βu+1—Au+1#侧向位移监测钻孔布置角度；
b—巷道宽度，m；
u—Au#侧向位移监测钻孔编号；
(u+1)—Au+1#侧向位移监测钻孔编号；
Lm—同一子分站中相邻侧向位移监测钻孔间距，m；
③基本顶侧向回转角α
式中：
α—基本顶侧向回转角；
CD—Au+1#侧向位移监测钻孔起始端至基本顶断裂线的距离，m；
ΔLAu+1—布置在Au+1#侧向位移监测钻孔中的位移计钢绞线长度变化量，m；
βu+1—Au+1#侧向位移监测钻孔布置角度；
至此，在Ⅰ#监测站探测基本顶侧向断裂参数结束；为了增加准确性，在巷道距开切眼400m±10m处再布置一个Ⅱ#监测站，按照Ⅰ#监测站的探测方法，确定Ⅱ#监测站基本顶侧向断裂参数，取两个监测站的基本顶侧向断裂参数均值即为回采工作面基本顶侧向断裂参数。
2.如权利要求1所述的回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法，其特征在于，它还包括基本顶走向断裂参数探测步骤，具体如下：
步骤1.1：结合工作面现场条件，在巷道距开切眼450±10m处，开始布置一个Ⅲ#监测站，在Ⅲ#监测站开设25个直径为50mm的走向位移监测钻孔，每个走向位移监测钻孔起始端位于巷道横截面铅垂中心轴，终端位于基本顶上部，与巷道顶板的夹角为20°，钻孔间距为4m；
上述25个走向位移监测钻孔用E表示，也就是说：按照工作面走向，25个走向位移监测钻孔依次用E1#、E2#、E3#……E25#表示；
步骤1.2：待钻孔钻取完成后，在每个走向位移监测钻孔安装深孔岩层位移计，同时将岩层位移计数据存储与记录装置固定在巷道表面，以方面后期数据的读取；
步骤1.3：安装完成之后，在工作面距E1#走向位移监测钻孔50m时，开始每天监测各走向位移监测钻孔内深孔岩层位移计位移变化情况，直至工作面推过E25#走向位移监测钻孔50m之后，停止监测；
步骤1.4：根据走向位移监测钻孔监测数据判定基本顶走向断裂位置，确定断裂线初始和结束位置分别处于哪两个走向位移监测钻孔之间；
步骤1.5：通过数学公式确定基本顶走向断裂跨距Ln
以工作面推进方向为基准，设基本顶走向断裂位置起始点处于Ea#与E(a+1)#走向位移监测钻孔之间，基本顶走向断裂位置终止点处于Eb#与E(b+1)#走向位移监测钻孔之间；则基本顶基本顶走向断裂跨距Ln用下式表达；
[(b)-(a+1)]Lf≤Ln≤[(b+1)-(a)]Lf
式中：
(a)—Ea#走向位移监测钻孔编号；
(b+1)—Eb+1#走向位移监测钻孔编号；
(a+1)—Ea+1#走向位移监测钻孔编号；
(b)—Eb#走向位移监测钻孔编号；
Lf—相邻走向位移监测钻孔之间距离，m。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110579194A (zh) * 2019-09-26 2019-12-17 山东科技大学 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
CN110865243A (zh) * 2019-10-12 2020-03-06 陈国能 断裂电场压电部位的检测系统及方法
CN110865245A (zh) * 2019-10-12 2020-03-06 陈国能 断裂扩散电场强度的单孔监测系统及方法
CN110865241A (zh) * 2019-10-12 2020-03-06 陈国能 断裂稳定性的评估系统及方法
CN110863828A (zh) * 2019-11-12 2020-03-06 山东科技大学 一种特厚煤层沿空掘巷紧张接替的定量解决方法
CN111006574A (zh) * 2019-11-15 2020-04-14 山东科技大学 一种巷道帮部位移测量设备及方法
CN111396050A (zh) * 2020-03-23 2020-07-10 西安科技大学 一种浅埋单关键层采场覆岩结构的网格状钻场实测方法
CN112483184A (zh) * 2020-12-18 2021-03-12 山东科技大学 一种工作面侧向坚硬顶板诱发冲击地压的预测方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020142712A1 (en) * 2001-03-30 2002-10-03 Kaiser Richard A. Back-up plate for double-sided buffing pad
CN201233230Y (zh) * 2008-06-20 2009-05-06 中国矿业大学 一种用于采煤工作面底板的位移测量器
RU2355885C1 (ru) * 2007-11-19 2009-05-20 Институт угля и углехимии Сибирского отделения Российской Академии Наук (ИУУ СО РАН) Способ разработки крутонаклонных угольных пластов средней мощности между нарушениями
CN101718212A (zh) * 2009-10-09 2010-06-02 西安西科测控设备有限责任公司 一种实时跟踪预警矿井煤与瓦斯突出危险性的装备
CN202032985U (zh) * 2011-05-08 2011-11-09 山西兰花科技创业股份有限公司 井下综采工作面用采高监测装置
CN103207418A (zh) * 2012-02-10 2013-07-17 安徽理工大学 采煤工作面煤体扩容探测器及探测方法
US8740310B2 (en) * 2008-06-20 2014-06-03 Solvay Chemicals, Inc. Mining method for co-extraction of non-combustible ore and mine methane
CN103867229A (zh) * 2014-03-12 2014-06-18 河北煤炭科学研究院 一种煤矿大采深与下组煤开采防治水综合治理方法
CN104089595A (zh) * 2014-06-28 2014-10-08 山东科技大学 回采工作面基本顶超前断裂距离的确定方法
CN105089680A (zh) * 2015-04-14 2015-11-25 山东科技大学 一种沿空留巷轻质高强混凝土砌块墙体及其施工工艺
CN108397233A (zh) * 2018-03-12 2018-08-14 河南理工大学 一种易于回撤通道留设的采场顶板管理办法
CN108917998A (zh) * 2018-08-24 2018-11-30 河南理工大学 一种利用超声波回波监测围岩应力状态的监测方法及系统

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020142712A1 (en) * 2001-03-30 2002-10-03 Kaiser Richard A. Back-up plate for double-sided buffing pad
RU2355885C1 (ru) * 2007-11-19 2009-05-20 Институт угля и углехимии Сибирского отделения Российской Академии Наук (ИУУ СО РАН) Способ разработки крутонаклонных угольных пластов средней мощности между нарушениями
CN201233230Y (zh) * 2008-06-20 2009-05-06 中国矿业大学 一种用于采煤工作面底板的位移测量器
US8740310B2 (en) * 2008-06-20 2014-06-03 Solvay Chemicals, Inc. Mining method for co-extraction of non-combustible ore and mine methane
CN101718212A (zh) * 2009-10-09 2010-06-02 西安西科测控设备有限责任公司 一种实时跟踪预警矿井煤与瓦斯突出危险性的装备
CN202032985U (zh) * 2011-05-08 2011-11-09 山西兰花科技创业股份有限公司 井下综采工作面用采高监测装置
CN103207418A (zh) * 2012-02-10 2013-07-17 安徽理工大学 采煤工作面煤体扩容探测器及探测方法
CN103867229A (zh) * 2014-03-12 2014-06-18 河北煤炭科学研究院 一种煤矿大采深与下组煤开采防治水综合治理方法
CN104089595A (zh) * 2014-06-28 2014-10-08 山东科技大学 回采工作面基本顶超前断裂距离的确定方法
CN105089680A (zh) * 2015-04-14 2015-11-25 山东科技大学 一种沿空留巷轻质高强混凝土砌块墙体及其施工工艺
CN108397233A (zh) * 2018-03-12 2018-08-14 河南理工大学 一种易于回撤通道留设的采场顶板管理办法
CN108917998A (zh) * 2018-08-24 2018-11-30 河南理工大学 一种利用超声波回波监测围岩应力状态的监测方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZENGQIANG YANG等: "Mechanism of rock burst caused by fracture of key strata during irregular working face mining and its prevention methods", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF MINING SCIENCE AND TECHNOLOGY》 *
靳钟铭等: "综放顶煤压裂损伤参数研究", 《矿山压力与顶板管理》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110579194A (zh) * 2019-09-26 2019-12-17 山东科技大学 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
CN110865243A (zh) * 2019-10-12 2020-03-06 陈国能 断裂电场压电部位的检测系统及方法
CN110865245A (zh) * 2019-10-12 2020-03-06 陈国能 断裂扩散电场强度的单孔监测系统及方法
CN110865241A (zh) * 2019-10-12 2020-03-06 陈国能 断裂稳定性的评估系统及方法
CN110865241B (zh) * 2019-10-12 2021-08-17 陈国能 断裂稳定性的评估系统及方法
CN110865243B (zh) * 2019-10-12 2021-09-21 陈国能 断裂电场压电部位的检测系统及方法
CN110863828A (zh) * 2019-11-12 2020-03-06 山东科技大学 一种特厚煤层沿空掘巷紧张接替的定量解决方法
CN111006574A (zh) * 2019-11-15 2020-04-14 山东科技大学 一种巷道帮部位移测量设备及方法
CN111396050A (zh) * 2020-03-23 2020-07-10 西安科技大学 一种浅埋单关键层采场覆岩结构的网格状钻场实测方法
CN112483184A (zh) * 2020-12-18 2021-03-12 山东科技大学 一种工作面侧向坚硬顶板诱发冲击地压的预测方法

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