CN114320268B - 一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，适用于矿山安全领域使用。在工作面超前区域选择两个大直径钻孔施工位置及施工参数，在两个大直径钻孔施工位置中部安装钻孔应力计，监测应力计应力值变化情况，对比不受大直径钻孔影响区域应力值，将两应力计应力值做差，绘制时间‑应力变化率曲线，得到大直径钻孔卸压效果的精准评价。该方法通过收集大直径钻孔附近应力值变化情况，对照不受大直径钻孔影响区域的应力值，准确的得到大直径钻孔的卸压效果，确定不同危险区最佳卸压参数区间，起到降低冲击危险、减少防冲费用投入、降低劳动强度和缩减人员在冲击危险区域作业时间，确保矿井安全生产。

Description

一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法
技术领域
本发明属于煤矿安全生产技术领域，特别涉及一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法。
背景技术
近年来我国煤矿开采相继进入第二深度空间(500m～2000m)，随着开采深度的增加，开采条件越来越复杂，受断层、厚硬顶板、不规则煤柱、高地应力区等多因素交织影响，面临冲击地压灾害的威胁更加突出，冲击地压动力灾害已成为制约矿井安全高效生产的重要难题之一。同时对具有冲击危险的采掘区域实施大直径钻孔卸压措施后的成效难以检验，目前矿上普遍采用大直径钻孔卸压不但工作效率较低，在一定程度上增加了工人的劳动强度及在危险区域停留时间，造成资源浪费，影响了煤矿的经济效益。
因此，如何对采掘区域实施大直径钻孔卸压措施后的成效进行检验，提高工作效率，减少危险事件发生，成为同行从业人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种至少部分解决上述技术问题的基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，通过收集大直径钻孔附近应力值变化情况，对照不受大直径钻孔影响区域的应力值，绘制时间—应力差曲线，进而得到大直径钻孔卸压效果的精准评价。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明提供一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，包括：(1)确定采煤工作面超前应力集中区域；
(2)在确定的超前应力集中区域内选择大直径钻孔施工区域，选择两个大直径钻孔施工位置，设置大直径钻孔施工参数；
(3)在所述两大直径钻孔施工位置的中间位置安装第一钻孔应力计，并在临近不受大直径钻孔影响区域安装相同参数的第二钻孔应力计，作为对照组；所述第一钻孔应力计和第二钻孔应力计均设置相同的初始油压；
(4)对所述两大直径钻孔施工位置进行施工相同参数的大直径钻孔，同时监测第一钻孔应力计和第二钻孔计应力计的数值；
(5)根据同一时刻第一钻孔应力计的数值和第二钻孔应力计的数值，以及所述初始油压，计算获得钻孔应力变化率；以监测时间为横轴、所述钻孔应力变化率为纵轴绘制时间-应力变化率曲线；
(6)根据预设条件判断所述时间-应力变化率曲线的变化趋势，评价卸压效果。
进一步地，步骤(1)包括：
利用钻屑法或震动波CT反演确定采煤工作面超前应力集中区域。
进一步地，所述大直径钻孔施工参数，包括：钻孔间距、钻孔直径和钻孔深度。
进一步地，所述钻孔间距为1-3m；所述钻孔直径小于等于150mm；所述钻孔深度与煤层厚度正相关。
进一步地，所述第二钻孔应力计的安装位置与任一钻孔的距离大于等于3m。
进一步地，步骤(5)中，计算获得钻孔应力变化率如下：
式中，P1为同一固定时刻第一钻孔应力计的应力值；P2为同一固定时刻第二钻孔应力计的应力值；P0为初始油压；R为钻孔应力变化率；
进一步地，步骤(6)包括：
若所述时间-应力变化率曲线基本持平且其变化率R在-x％—x％以内，则卸压效果差；
若所述时间-应力差曲线先下降后趋于稳定且最小应力变化率R小于-x％，则卸压效果中等；
若时间-应力差曲线先下降后上升且最大应力变化率R大于x％，则卸压效果较好；
若时间-应力差曲线先下降后上升且最大应力变化率R大于4x％，则卸压效果好。
进一步地，所述监测时间大于n天。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，适用于矿山安全领域使用。在工作面超前区域选择两个大直径钻孔施工位置及施工参数，在两个大直径钻孔施工位置中部安装钻孔应力计，监测应力计应力值变化情况，对比不受大直径钻孔影响区域应力值，将两应力计应力值做差，绘制时间-应力变化率曲线，得到大直径钻孔卸压效果的精准评价。
本发明的优点在于，通过收集大直径钻孔附近应力值变化情况，对照不受大直径钻孔影响区域的应力值，准确的得到大直径钻孔的卸压效果，确定不同危险区最佳卸压参数区间，起到降低冲击危险、减少防冲费用投入、降低劳动强度和缩减人员在冲击危险区域作业时间，确保矿井安全生产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的确定采煤工作面超前应力集中区域图；
图2为本发明实施例提供的大直径钻孔及钻孔应力计布置图；
图3a-3d为本发明实施例提供的不同趋势的时间-应力变化率图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供的一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，包括：
(1)确定采煤工作面超前应力集中区域；在具体实施时，比如可利用钻屑法、震动波CT反演等方法确定采煤工作面超前应力集中区域。钻屑法是用小直径(42～45mm)钻孔，根据打钻不同深度时排出的钻屑量及其变化规律来判断岩体内应力集中情况，鉴别发生冲击地压的倾向和位置。在钻进过程中，在规定的防范深度范围内，出现危险煤粉量测值或钻杆被卡死的现象，则认为具有冲击危险，应采取相应的解危措施。震动波CT反演是利用震动波CT探测技术在煤矿中对影响反演的因素进行了分析，进而确定采煤工作面超前应力集中区域。如图1所示，在采空区内确定应力集中区域。
(2)在确定的超前应力集中区域内选择大直径钻孔施工区域，选择两个大直径钻孔施工位置，设置大直径钻孔施工参数；如图2所示，确定大直径钻孔1和钻孔2的施工区域，并在两钻孔中间布置钻孔应力计1；在钻孔2的一侧布置钻孔应力计2。
大直径钻孔施工参数，包括钻孔间距、钻孔直径和钻孔深度；其中如图2所示，钻孔间距为1-3m；钻孔直径小于等于150mm；钻孔深度与煤层厚度正相关。比如：煤层开采厚度小于3.5m时，钻孔深度一般不小于15m；煤层开采厚度为3.5m～8m时，钻孔深度一般不小于20m；当煤层开采厚度大于8m时，钻孔深度一般不小于25m。
(3)在两大直径钻孔施工位置的中间位置安装第一钻孔应力计，并在临近不受大直径钻孔影响区域安装相同参数的第二钻孔应力计，作为对照组；所述第一钻孔应力计和第二钻孔应力计均设置相同的初始油压；比如第一钻孔应力计、第二钻孔应力计均设置相同初始油压P0＝5MPa。
其中，第二钻孔应力计的安装位置与任一钻孔的距离大于等于3m。
(4)对所述两大直径钻孔施工位置进行施工相同参数的大直径钻孔，同时监测第一钻孔应力计和第二钻孔计应力计的数值；
(5)根据同一时刻第一钻孔应力计的数值和第二钻孔应力计的数值，以及所述初始油压，计算获得钻孔应力变化率；以监测时间为横轴、所述钻孔应力变化率为纵轴绘制时间-应力变化率曲线。其中，应力值监测时间大于10天。
以相同时刻钻孔应力计1应力值P1和钻孔应力计2应力值P2之差除以初始油压得到钻孔应力变化率R，以监测时间为横轴、钻孔应力变化率为纵轴绘制时间-应力变化率曲线，其中；
(6)根据预设条件判断所述时间-应力变化率曲线的变化趋势，评价卸压效果。
比如：如图3a所示，若时间-应力变化率曲线基本持平且其变化率R在-5％—5％以内，则卸压效果差；如图3b所示，若时间-应力差曲线先下降后趋于稳定且最小应力变化率R小于-5％，则卸压效果中等；如图3c所示，若时间-应力差曲线先下降后上升且最大应力变化率R大于5％，则卸压效果较好；如图3d所示，若时间-应力差曲线先下降后上升且最大应力变化率R大于20％，则卸压效果好。
本发明实施例提供的基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，通过收集大直径钻孔附近应力值变化情况，对照不受大直径钻孔影响区域的应力值，准确的得到大直径钻孔的卸压效果，确定不同危险区最佳卸压参数区间，起到降低冲击危险、减少防冲费用投入、降低劳动强度和缩减人员在冲击危险区域作业时间，确保矿井安全生产。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，其特征在于，包括：
(1)确定采煤工作面超前应力集中区域；
(2)在确定的超前应力集中区域内选择大直径钻孔施工区域，选择两个大直径钻孔施工位置，设置大直径钻孔施工参数；
(3)在所述两个大直径钻孔施工位置的中间位置安装第一钻孔应力计，并在临近不受大直径钻孔影响区域安装相同参数的第二钻孔应力计，作为对照组；所述第一钻孔应力计和第二钻孔应力计均设置相同的初始油压；
(4)对所述两个大直径钻孔施工位置进行施工相同参数的大直径钻孔，同时监测第一钻孔应力计和第二钻孔计应力计的数值；
(5)根据同一时刻第一钻孔应力计的数值和第二钻孔应力计的数值，以及所述初始油压，计算获得钻孔应力变化率；以监测时间为横轴、所述钻孔应力变化率为纵轴绘制时间-应力变化率曲线；
(6)根据预设条件判断所述时间-应力变化率曲线的变化趋势，评价卸压效果；具体包括：
若所述时间-应力变化率曲线基本持平且应力变化率R在-x％—x％以内，则卸压效果差；
若所述时间-应力变化率曲线先下降后趋于稳定且最小应力变化率R小于-x％，则卸压效果中等；
若所述时间-应力变化率曲线先下降后上升且最大应力变化率R大于x％，则卸压效果较好；
若所述时间-应力变化率曲线先下降后上升且最大应力变化率R大于4x％，则卸压效果好。
2.根据权利要求1所述的一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，其特征在于：步骤(1)包括：
利用钻屑法或震动波CT反演确定采煤工作面超前应力集中区域。
3.根据权利要求2所述的一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，其特征在于：所述大直径钻孔施工参数，包括：钻孔间距、钻孔直径和钻孔深度。
4.根据权利要求3所述的一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，其特征在于：所述钻孔间距为1-3m；所述钻孔直径小于等于150mm；所述钻孔深度与煤层厚度正相关。
5.根据权利要求1所述的一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，其特征在于：所述第二钻孔应力计的安装位置与任一钻孔的距离大于等于3m。
6.根据权利要求1所述的一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，其特征在于：步骤(5)中，计算获得钻孔应力变化率如下：
式中，P1为同一固定时刻第一钻孔应力计的应力值；P2为同一固定时刻第二钻孔应力计的应力值；P0为初始油压；R为钻孔应力变化率。
7.根据权利要求6所述的一种基于钻孔应力监测的大直径钻孔卸压效果评价方法，其特征在于：所述监测时间大于n天。
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