CN110905402B - 一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法 - Google Patents
一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110905402B CN110905402B CN201911103666.9A CN201911103666A CN110905402B CN 110905402 B CN110905402 B CN 110905402B CN 201911103666 A CN201911103666 A CN 201911103666A CN 110905402 B CN110905402 B CN 110905402B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mining
- drilling
- hole
- drill hole
- measuring
- 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
- 238000005065 mining Methods 0.000 title claims abstract description 100
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 117
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 15
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 1
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036346 tooth eruption Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/28—Enlarging drilled holes, e.g. by counterboring
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法，涉及矿井冲击地压防治技术领域，具体是在采区的首采工作面运输顺槽内打测量钻孔，测量钻孔A得到工作面的采动应力分布曲线，测量钻孔B得到振动频率图；首采面回采后，在下一工作面的沿空巷道内向工作面一侧打钻孔，分别得到钻孔C的采动应力分布和钻孔D的振动频率图；通过对比测量钻孔A、钻孔C的应力分布曲线与测量钻孔B、钻孔D的振动频率图，得到采动应力分布与钻杆振动频率的关系；同采区的工作面开采过程中，使用多级变径随钻扩孔钻杆钻机，并实时采集钻杆的振动频率信号，对高应力分布区域进行扩孔；该方法实现了实时测量应力分布规律，并且能够根据应力分布精准施工钻孔卸压。
Description
技术领域
本发明涉及矿井冲击地压防治技术领域，尤其是一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法。
背景技术
冲击地压是一种复杂的矿山动力灾害，一直是岩体力学及矿山防治研究的难点之一。在煤炭开采过程中，一旦发生冲击地压，将会造成重大的灾害事故。
目前，钻孔卸压法是较为常用的降低煤岩冲击危险性的方法之一，钻孔卸压一般采用等直径的卸压孔，但如果卸压孔直径过小则不能达到预期的卸压效果，孔径过大则会造成围岩的破坏，影响围岩的稳定性。中国发明专利(申请号：CN201811443692.1)公开了一种多级变径的随钻扩孔钻杆，中国发明专利(申请号：CN201710273915.3)公开了一种冲击地压卸压孔的施工方法，用于钻设阶梯式卸压孔。相比于传统的等直径卸压孔，阶梯式卸压孔的卸压效果更佳且可以更好的保护围岩的完整性，但为了达到更好的卸压效果，需要根据采动应力的分布情况来决定扩孔位置，如何方便、快捷的确定采动应力的分布情况对阶梯式卸压孔的卸压效果影响较大。
常用的测量采动应力的方法有钻屑率指标法或超前埋设应力计测量的方法，但随着工作面的不断推采，采动应力分布是不断变化的，而钻屑法和埋设应力计的方法施工复杂，所以难以实现动态测量。
发明内容
为了实现实时测量工作面的采动应力分布规律，并且根据采动应力分布精准施工阶梯式卸压孔，本发明提供了一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法，具体技术方案如下。
一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法，其特征在于，步骤包括：
步骤一.在采区的首采工作面运输顺槽内打测量钻孔A和测量钻孔B，测量钻孔A利用钻屑法得到工作面的采动应力分布曲线，测量钻孔B根据钻杆振动信号绘制振动频率图；
步骤二.首采工作面回采后，在下一工作面的沿空巷道内向工作面一侧打钻孔C和钻孔D，分别得到钻孔C的采动应力分布曲线和钻孔D的振动频率图；
步骤三.通过对比测量钻孔A、钻孔C的应力分布曲线与测量钻孔B、钻孔D的振动频率图，得到采动应力分布与钻杆振动频率的关系；
步骤四.在同采区的工作面开采过程中，使用多级变径随钻扩孔钻杆钻机，并实时采集钻杆的振动频率信号，对高应力分布区域进行扩孔。
优选的是，工作面的巷道内打设钻孔时使用矿用全液压坑道钻机，通过振动速度传感器和振动监控仪配合实时监控钻杆振动频率信号并绘制钻杆振动频率图。
还优选的是，测量钻孔的孔深大于或等于10m，所述钻孔C和钻孔D距离底板的高度为1～1.5m。
进一步优选的是，在具有冲击地压危险矿井的各个采区重复步骤一至步骤四，直至全部工作面完成开采。
本发明的有益效果包括：
(1)提供的基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法，通过在同一采区内先进行钻孔测量，得到符合本区域特征的采动应力分布与钻杆振动频率的关系，在后续的开采中直接随钻测量钻杆振动频率，从而确定采动应力分布情况，根据实时监测施工变径扩孔，对高应力区域实施精准卸压。
(2)本方法的监测参数选取钻杆振动频率，从而不需要施工周期较长的钻屑法监测或应力计监测，实现了采动应力分布的实时确定，扩孔位置和扩孔深度的选择更加准确、灵活。另外该方法还通过直接施工钻孔测量，并直接通过同钻孔卸压，节省了采动应力分布测量的时间，降低了钻孔的施工成本，使钻孔卸压的可操作性更强；通过该方法还能够及时确定应力分布变化和冲击地压危险，保证了冲击地压危险区域钻孔卸压过程中操作人员的安全。
附图说明
图1是首采工作面测量钻孔施工示意图；
图2是沿空巷道钻孔施工布置及采动应力分布和钻杆振动频率的关系示意图；
图3是卸压钻孔孔径随采动应力变化示意图；
图4是实际钻孔施工情况示意图；
图5是钻杆钻机示意图；
图中：1-测量钻孔A；2-首采工作面；3-首采工作面的运输顺槽；4-首采工作面的回风巷道；5-测量钻孔B；6-首采工作面的下一工作面；7-钻孔C；8-钻孔D；9-阶梯式卸压孔；10-沿空巷道；11-卸压钻孔；12-钻杆；13-振动速度传感器；14-钻机；15-双通道振动监控仪。
具体实施方式
结合图1至图5所示，本发明提供的一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法具体实施方式如下。
实施例1
钻屑法是通过在煤层中打小直径钻孔，根据排出的煤粉量及变化规律以及有关动力效应鉴别冲击危险的一种方法，检测指标包括煤粉量、深度和动力效应，测量钻孔煤粉量的大小可以确定相应的煤体应力状态。
大直径钻孔卸压是指在煤岩体内应力集中区域或可能的应力集中区域实施直径通常不小于110mm的钻孔，通过排出钻孔周围破坏区煤体变形或钻孔冲击所产生的大量煤粉，使钻孔周围煤体破坏区扩大，从而使钻孔周围一定应力区域煤岩体的应力集中程度下降或者高应力转移到煤岩体的深处或远离高应力区，实现对局部煤岩体进行解危的目的，起到预卸压的作用。该方法就是在煤岩体未形成高应力集中或不具有冲击危险之前，实施卸压钻孔，使煤岩体不再形成高应力集中或冲击危险区域。
基于钻屑法和大直径钻孔卸压方法可以对冲击地压进行防治，但是由于钻屑法需要监测钻屑量，因此不能实现实时监测，而且钻屑法操作复杂；随着工作面的不断推采，采动应力分布是不断变化的，这样通过钻屑法确定工作面的应力分布情况就具有滞后性，另外施工钻孔测量和钻孔卸压需要不同的钻机进行钻孔也使得防冲工作更加耗时，影响生产。
一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法，具体的步骤包括：
步骤一.在采区的首采工作面运输顺槽内打测量钻孔A和测量钻孔B，测量钻孔用于确定最初的采动应力分布情况和钻杆振动频率之间的关系，测量钻孔A利用钻屑法得到工作面的采动应力分布曲线，测量钻孔B根据钻杆振动信号绘制振动频率图。
工作面的巷道内打设钻孔时使用矿用全液压坑道钻机，收集钻屑测量煤粉量，通过振动速度传感器和振动监控仪配合实时监控钻杆振动频率信号并绘制钻杆振动频率图，其中测量钻孔的孔深大于或等于10m。
步骤二.首采工作面回采后，在下一工作面的沿空巷道内向工作面一侧打钻孔C和钻孔D，分别得到钻孔C的采动应力分布曲线和钻孔D的振动频率图。其中钻孔C和钻孔D距离底板的高度为1～1.5m，具体根据巷道高度和煤层高度确定，深度和测量钻孔的深度相同。
步骤三.通过对比测量钻孔A、钻孔C的应力分布曲线与测量钻孔B、钻孔D的振动频率图，得到采动应力分布与钻杆振动频率的关系，具体是采动应力与钻杆振动频率的对应关系，根据实际监测两者之间呈正相关的关系。另外还可以根据具体的监测数据进行相关性分析，具体分析参数之间的函数关系。
步骤四.在同采区的工作面开采过程中，使用多级变径随钻扩孔钻杆钻机，并实时采集钻杆的振动频率信号，根据采动应力分布与钻杆振动频率的关系，对高应力分布区域进行扩孔，从而进行精准卸压。
在具有冲击地压危险矿井的各个采区重复步骤一至步骤四，直至全部工作面完成开采。
上述的方法通过在同一采区内先进行钻孔测量，得到符合本区域特征的采动应力分布与钻杆振动频率的关系，在后续的开采中直接随钻测量钻杆振动频率，从而确定采动应力分布情况，根据实时监测施工变径扩孔，对高应力区域实施精准卸压。
实施例2
本实施例以某矿二采区的实施为例对基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法做进一步的说明，具体如下。
第一步，如图1所示，在首采工作面的运输顺槽，未受采动影响的煤帮位置，架设ZDY-650型煤矿用全液压坑道钻机打测量钻孔，垂直于煤壁打设测量钻孔A和B，孔深10m，钻孔间距为5m，测量钻孔A采用钻屑法测量其采动应力的分布，测量钻孔B采用ZHJ-2SZ-6ST-3型振动速度传感器，振动速度传感器固定在钻杆上，实时测量钻机钻杆在钻进时的振动频率，并配合HK-04T型双通道振动监控仪实时监测钻杆的振动频率通过计算机绘制钻杆振动频率图。
第二步，在首采工作面回采结束后，在同采区的下一工作面沿空回采巷道靠近工作面一侧架设钻机，在距离底板1.5m高度处，垂直于巷帮打设钻孔C和D，与测量钻孔A、B的孔径、孔深均相同，钻孔C用钻屑法测量其采动应力的分布，钻孔D采用ZHJ-2SZ-6ST-3-振动速度传感器实时测量钻杆钻进时的振动频率，并配合HK-04T型双通道振动监控仪实时监测钻杆的振动频率通过计算机绘制振动频率图。
第三步，分别将钻孔A和C到的采动应力分布与钻孔B和D所绘制的振动频率图对比，得到采动应力分布与钻杆振动频率的关系，如图2所示。
第四步，随着工作面的推采，采动应力是实时变化的，选用合适直径的多级变径随钻扩孔钻杆钻机，在打钻的过程中，实时采集钻杆的振动信号，在应力高升处开始扩孔，不同卸压孔的扩孔位置随采动应力的变化不断改变，如图3所示。
其中，多级变径随钻扩孔钻杆钻机打卸压钻孔，卸压孔具体为内粗外细的阶梯式卸压孔，卸压孔的深度需大于或等于高应力弹性区域的深度，阶梯式卸压孔的施工方法如下。
在合适的位置架设钻机，选择合适直径的钻具，钻具的选取可以和前期测量钻孔时选择相同的钻杆，垂直于巷帮打钻，当钻至高弹性应力区域时，控制多级变径随钻扩孔钻杆钻机扩孔，钻杆上的扩孔刀翼随销钉和连接轴张开与内管呈0-30°的角度，扩孔的刀翼随钻杆转动，切削齿切削孔壁的煤岩体，开始扩孔；当扩孔到适当位置时，控制多级变径随钻扩孔钻杆钻机的扩孔刀杆的回收，退出多级变径随钻扩孔钻杆，得到了阶梯式卸压孔。
随后继续下一个工作面的采动应力分布规律测量，重复上述第一步至第四步，直至工作面全部开采完成。
本方法的监测参数选取钻杆振动频率，从而不需要施工周期较长的钻屑法监测或应力计监测，实现了采动应力分布的实时确定，进而使得钻屑法的应用更加灵活，扩孔位置和扩孔深度的选择也更加准确、灵活。另外该方法还通过直接施工钻孔测量，并直接通过同钻孔卸压，节省了采动应力分布测量的时间，降低来钻孔的施工成本，使钻孔卸压的可操作性更强；通过该方法还能够及时确定应力分布变化和冲击地压危险，保证了冲击地压危险区域钻孔卸压过程中操作人员的安全。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法，其特征在于，步骤包括：
步骤一.在采区的首采工作面运输顺槽内打测量钻孔A和测量钻孔B，测量钻孔A利用钻屑法得到工作面的采动应力分布曲线，测量钻孔B根据钻杆振动信号绘制振动频率图；
步骤二.首采工作面回采后，在下一工作面的沿空巷道内向工作面一侧打钻孔C和钻孔D，分别得到钻孔C的采动应力分布曲线和钻孔D的振动频率图；
步骤三.通过对比测量钻孔A、钻孔C的应力分布曲线与测量钻孔B、钻孔D的振动频率图，得到采动应力分布与钻杆振动频率的关系；
步骤四.在同采区的工作面开采过程中，使用多级变径随钻扩孔钻杆钻机，并实时采集钻杆的振动频率信号，对高应力分布区域进行扩孔。
2.根据权利要求1所述的一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法，其特征在于，所述工作面的巷道内打设钻孔时使用矿用全液压坑道钻机，通过振动速度传感器和振动监控仪配合实时监控钻杆振动频率信号并绘制钻杆振动频率图。
3.根据权利要求2所述的一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法，其特征在于，所述测量钻孔的孔深大于或等于10m，所述钻孔C和钻孔D距离底板的高度为1～1.5m。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法，其特征在于，在具有冲击地压危险矿井的各个采区重复步骤一至步骤四，直至全部工作面完成开采。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911103666.9A CN110905402B (zh) | 2019-11-13 | 2019-11-13 | 一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911103666.9A CN110905402B (zh) | 2019-11-13 | 2019-11-13 | 一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110905402A CN110905402A (zh) | 2020-03-24 |
| CN110905402B true CN110905402B (zh) | 2021-05-28 |
Family
ID=69817326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911103666.9A Active CN110905402B (zh) | 2019-11-13 | 2019-11-13 | 一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110905402B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111441817B (zh) * | 2020-04-02 | 2020-11-10 | 中国矿业大学 | 煤层钻孔喷射压裂与采动压力协同作用强化瓦斯抽采方法 |
| CN111720139B (zh) * | 2020-06-19 | 2021-11-23 | 煤炭科学技术研究院有限公司 | 一种受重复采动影响巷道冲击地压力构协同防控方法 |
| CN112483179A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-03-12 | 山东科技大学 | 一种窗口介入法判断离层顶板采场冲击危险性的方法 |
| CN112855123B (zh) * | 2021-01-19 | 2023-04-11 | 兖州煤业股份有限公司 | 一种卸压钻孔深度的确定方法 |
| CN114320268B (zh) * | 2021-12-20 | 2023-07-28 | 山东唐口煤业有限公司 | 一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法 |
| CN116842854B (zh) * | 2023-09-01 | 2023-11-07 | 山东科技大学 | 基于优化神经网络的煤体应力智能预测和异径卸压方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103104294B (zh) * | 2013-02-01 | 2015-05-27 | 湖南科技大学 | 一种冲击地压的预测方法 |
| CN104005765A (zh) * | 2014-04-29 | 2014-08-27 | 中国矿业大学 | 一种坚硬顶板型冲击地压的立体式防治方法 |
| CN106930691B (zh) * | 2017-04-25 | 2018-09-28 | 山东科技大学 | 一种沿空回采巷道卸压孔的钻孔施工方法 |
| CN107392394B (zh) * | 2017-08-20 | 2022-02-08 | 煤炭科学技术研究院有限公司 | 一种动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法 |
| CN108915686B (zh) * | 2018-06-20 | 2019-11-05 | 山东科技大学 | 一种煤巷冲击危险区钻孔轴-径双向卸压方法 |
-
2019
- 2019-11-13 CN CN201911103666.9A patent/CN110905402B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110905402A (zh) | 2020-03-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110905402B (zh) | 一种基于采动应力动态监测的卸压孔施工方法 | |
| CN110907086B (zh) | 一种基于钻孔壁面位移测量的三维地应力确定方法 | |
| van Eldert et al. | Improved filtering and normalizing of Measurement-While-Drilling (MWD) data in tunnel excavation | |
| CN108930539A (zh) | 一种基于bim隧道超欠挖控制的方法 | |
| 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 | |
| CN113390458B (zh) | 一种爆破区围岩损伤程度的判定方法 | |
| CN105257300B (zh) | 一种隧道超欠挖控制方法及钻孔检测杆 | |
| CN110778363B (zh) | 一种多参量随钻测量确定煤体应力高峰区并预警的方法 | |
| CN103277037B (zh) | 孤石群地质条件下管桩引孔施工方法 | |
| Navarro et al. | Assessment of drilling deviations in underground operations | |
| CN110984968A (zh) | 一种随钻卸压监测方法 | |
| CN113311478A (zh) | 一种基于风枪震源的地质检测方法及系统 | |
| RU2564423C2 (ru) | Система и способ моделирования взаимодействия расширителя и долота | |
| Abu Bakar et al. | Penetration rate and specific energy prediction of rotary–percussive drills using drill cuttings and engineering properties of selected rock units | |
| CN114352299B (zh) | 一种深埋长隧洞tbm施工条件下并行超前超深地质预报方法 | |
| JPH08144682A (ja) | トンネル地山探査システム | |
| CN104265364A (zh) | 工作面采空区侧向煤体塑性区宽度监测确定方法 | |
| CN112819195B (zh) | 一种隧道超前钻探地质精细化预报方法 | |
| CN107169686B (zh) | 一种对煤层顶板下方煤柱进行爆破时的爆破效果评价方法 | |
| CN105756709A (zh) | 一种工作面顶板来压及破断的监测方法 | |
| JP6339425B2 (ja) | 削孔状態の判定方法、削孔長の算出方法、および地質の検層方法 | |
| Kumar et al. | Estimating rock properties using sound level during drilling: field investigation | |
| CN112418494A (zh) | 基于钻屑监测的煤矿冲击地压危险性分级预测方法 | |
| US20200072046A1 (en) | Method and system for determining a soil class and use during determination of a soil class | |
| CN113646506B (zh) | 控制冲击钻机的钻凿过程的方法 |
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 |