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回采工作面基本頂超前斷裂距離的確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種回采工作面基本頂超前斷裂距離的確定方法，以工作面前方一定距離的回采巷道作為測站，在測站內(nèi)靠近巷道輪廓線中部的所有頂板錨索上安裝錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)，工作面每推進一定距離，記錄測站內(nèi)各錨索的工作阻力，以應力監(jiān)測距離作為橫坐標，各錨索工作阻力作為縱坐標，繪制每個推進距離時的各錨索工作阻力曲線圖；根據(jù)該突變曲線，獲得突變點對應的應力監(jiān)測距離，以該應力監(jiān)測距離減去此時工作面推進距離，即為基本頂超前斷裂距離。本發(fā)明設備成本低、操作簡單，唯一設備是常用的錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)，安裝方便，自動記錄數(shù)據(jù)，監(jiān)測工程量小，無需另外打鉆孔，只要利用現(xiàn)有巷道支護的錨索即可。
【專利說明】回采工作面基本頂超前斷裂距離的確定方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種確定回采工作面基本頂超前斷裂距離的方法，屬于礦山壓力與支 護工程【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 煤礦工作面的開采打破了煤巖系統(tǒng)原始的平衡狀態(tài)，在礦山壓力的作用下，上覆 巖層將發(fā)生周期性的斷裂破壞。上覆巖層包括與煤層接觸的直接頂和直接頂以上的基本 頂。其中，基本頂周期性斷裂對工作面來壓強度和顯現(xiàn)特征產(chǎn)生重要影響。目前通過工作 面礦壓觀測系統(tǒng)可獲得周期來壓步距U，對礦壓預測預報起到一定作用，但研究和實踐發(fā) 現(xiàn)，在掌握周期來壓步距的同時，再準確掌握基本頂超前斷裂位置，對預防頂板運動誘發(fā)的 沖擊地壓、煤與瓦斯突出等動力災害具有重要意義。特別是基本頂為堅硬頂板條件、深部高 應力條件以及煤與瓦斯突出危險條件的工作面，更需要掌握基本頂超前斷裂的準確位置。
[0003] 目前，獲得基本頂超前斷裂位置的方法主要有理論計算、數(shù)值模擬，由于巖石是一 種非線性、各向異性的復雜力學介質(zhì)，而且地質(zhì)和開采條件復雜多變，采用理論計算和數(shù)值 模擬方法往往具有較大的誤差。
[0004] 為了減少誤差，目前還有現(xiàn)場監(jiān)測。現(xiàn)場監(jiān)測主要有微地震法和聲發(fā)射法。微地 震法主要通過各種類型的微震監(jiān)測系統(tǒng)，對煤巖石的破裂情況進行系統(tǒng)監(jiān)測。微地震法自 動化程度高，但信號采集易受到工作面開采、巷道掘進等工作的干擾，導致采集的信號準確 率低，信號處理工作極為復雜；而且微震監(jiān)測系統(tǒng)成本非常高，測點布置工作繁瑣，施工工 程量大，勞動強度大。聲發(fā)射方法通過監(jiān)測彈性波獲得頂板斷裂情況，其監(jiān)測過程也易受工 作面開采、巷道掘進等的影響，而且數(shù)據(jù)解釋工作需要非常豐富的數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場檢測經(jīng)驗， 只能借助專業(yè)技術人員進行分析。
[0005] 中國專利200920007099. 2還公開了一種堅硬頂板超前斷裂位置電磁輻射監(jiān)測預 報裝置。該裝置主要監(jiān)測指標為堅硬頂板斷裂時釋放電磁輻射信號，通過頂板斷裂前后電 磁信號的差異來確定頂板超前斷裂位置。采用該裝置時，測點布置工作簡單，勞動強度低， 但同樣存在電磁輻射信號易受工作面開采、巷道掘進等干擾的缺點，信號處理工序復雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種操作簡單、可靠性高、成本 低、適用范圍廣的回采工作面基本頂超前斷裂距離的確定方法。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案是：
[0008] -種回采工作面基本頂超前斷裂距離的確定方法，其特征在于：
[0009] 第一步：在回采工作面巷道掘進后，采用錨桿和錨索對巷道頂板進行支護，要求錨 索錨固在基本頂或基本頂更上方穩(wěn)定的巖層中；
[0010] 第二步：工作面開采前，首先取得本礦的通過工作面礦壓觀測系統(tǒng)獲得的周期來 壓步距u ;以工作面前方一定距離的回采巷道作為測站，所述的一定距離為周期來壓步距 U的2-4倍，在測站內(nèi)選擇靠近巷道輪廓線中部的所有頂板錨索，安裝錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)； [0011] 第三步：工作面開采中，通過錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)對測站內(nèi)各錨索的工作阻力進行 實時監(jiān)測，工作面每推進一定距離，一般不超過lm，記錄各錨索的工作阻力值；
[0012] 第四步：以應力監(jiān)測距離作為橫坐標，各錨索工作阻力作為縱坐標，繪制每個推進 距離時的各錨索工作阻力曲線圖，其中，應力監(jiān)測距離指錨索處在的位置與工作面初始推 進位置之間的距離；在所有推進距離的曲線圖中，出現(xiàn)錨索工作阻力發(fā)生突變的曲線時，不 再繼續(xù)監(jiān)測；根據(jù)該突變曲線，獲得突變點對應的橫坐標，即相應的應力監(jiān)測距離，以該應 力監(jiān)測距離減去此時工作面推進距離，即為基本頂超前斷裂距離。
[0013] 本發(fā)明的工作原理和優(yōu)點在于：
[0014] 1、當基本頂巖層斷裂時，安裝在該處的錨索工作阻力會發(fā)生突變，從工作阻力曲 線圖的所有曲線中，找出工作阻力發(fā)生突變的曲線，該曲線對應著工作面推進的距離，又顯 示著離工作面初始的距離，從而方便地計算出基本頂超前斷裂距離。本發(fā)明充分利用工作 面基本頂斷裂時引起巷道頂板錨索工作阻力突變這一事實，通過頂板錨索工作阻力變化可 直接獲得工作面基本頂超前斷裂位置，所以數(shù)據(jù)處理工作簡單。
[0015] 2、設備成本低、操作簡單。本發(fā)明所需的唯一設備是錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)，它是一種 常用的礦壓監(jiān)測設備，安裝方便，自動記錄數(shù)據(jù)，監(jiān)測工程量小，無需另外打鉆孔，只要利用 現(xiàn)有巷道支護的錨索即可。
[0016] 3、不受地質(zhì)和開采條件等的限制，適用于所有錨索支護的回采巷道，不受瓦斯、水 文地質(zhì)、開采方法等的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明實施例巷道頂板錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)安裝主視示意圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明實施例巷道頂板錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)安裝側(cè)視示意圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明實施例工作面基本頂超前斷裂示意圖。
[0020] 圖4為本發(fā)明實施例巷道頂板錨索工作阻力監(jiān)測結(jié)果曲線圖。
[0021] 圖例說明：1--回采工作面；2--巷道；3--直接頂；4--基本頂；5--錨 索；6--錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)；7--基本頂超前斷裂位置；8--錨桿。

【具體實施方式】
[0022] 下面通過實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0023] 某礦20306工作面走向長196m，傾向長1244. 6m，煤層厚2. 54m，一次采全高開采， 回采巷道凈斷面4. 5mX2. 7m，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護，錨桿為Φ20πιπιΧ2200πιπι的螺紋鋼錨 桿，間排距為800 X 800mm，錨索為Φ 15. 24mmX 7000mm的鋼絞線，間排距為2000 X 2400mm。 根據(jù)工作面礦壓觀測，其周期來壓步距約為24m。
[0024] 由于工作面周期來壓步距U為24m，而測站位置為工作面前方周期來壓步距L。的 2-4 倍的范圍，即為 24* (2-4) = (48-96)m。
[0025] 基本頂超前斷裂距離確定方法如下：
[0026] 第一步：
[0027] 在回采工作面1的巷道2掘進后，采用錨桿8和錨索5對巷道頂板進行支護，要求 錨索5穿過直接頂3,并穩(wěn)定錨固在基本頂4或基本頂4更上部的巖層中，如圖1、2所示；
[0028] 第二步：
[0029] 工作面1開采前，以工作面前方48?96m范圍作為測站，在測站內(nèi)選擇靠近巷道 輪廓線中部的錨索5上安裝錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)6,如圖1、2所示；
[0030] 第三步：
[0031] 工作面1開采中，通過錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)6對測站內(nèi)各錨索的工作阻力進行實時 監(jiān)測，工作面每推進1米，記錄各錨索5的工作阻力值；
[0032] 第四步：
[0033] 以應力監(jiān)測距離（即錨索處在的位置與工作面初始推進位置之間的距離）作為橫 坐標，各錨索工作阻力作為縱坐標，繪制每個推進距離時的各錨索工作阻力曲線圖，如圖4 所示（為了便于繪制，圖中坐標原點并不在工作面初始位置）示出了工作面推進〇米（初 始推進位置）、20米、40米和44米時的錨索工作阻力曲線（其他推進位置曲線省略）；從圖 中可以看出，工作面推進44米時，距初始推進位置52米處的錨索工作阻力發(fā)生突變，說明 該位置為基本頂超前斷裂位置7,以該應力監(jiān)測距離52米減去此時工作面推進距離44米即 為基本頂超前斷裂距離，即為52m-44m = 8m(見圖3)。
[0034] 另外，分別采用微地震法和專利200920007099. 2公開的堅硬頂板超前斷裂位置 電磁輻射監(jiān)測預報裝置及技術，分別對該工作面基本頂超前斷裂位置進行了監(jiān)測，所確定 的基本頂超前斷裂距離分別為7. 7m、8. 2m，從而驗證了本發(fā)明所述方法的正確性。但相對于 這兩種方法，本發(fā)明明顯操作簡單，成本低，更便于大范圍推廣。
【權利要求】
1. 一種回采工作面基本頂超前斷裂距離的確定方法，其特征在于， 第一步：在回采工作面巷道掘進后，采用錨桿和錨索對巷道頂板進行支護，要求錨索錨 固在基本頂或基本頂更上方穩(wěn)定的巖層中； 第二步：工作面開采前，首先取得本礦的通過工作面礦壓觀測系統(tǒng)獲得的周期來壓步 距u ;以工作面前方一定距離的回采巷道作為測站，所述的一定距離為周期來壓步距U的 2-4倍，在測站內(nèi)選擇靠近巷道輪廓線中部的所有頂板錨索，安裝錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)； 第三步：工作面開采中，通過錨索應力監(jiān)測系統(tǒng)對測站內(nèi)各錨索的工作阻力進行實時 監(jiān)測，工作面每推進一定距離，記錄各錨索的工作阻力值； 第四步：以應力監(jiān)測距離作為橫坐標，各錨索工作阻力作為縱坐標，繪制每個推進距離 時的各錨索工作阻力曲線圖，其中，應力監(jiān)測距離指錨索處在的位置與工作面初始推進位 置之間的距離；在所有推進距離的曲線圖中，出現(xiàn)錨索工作阻力發(fā)生突變的曲線時，不再繼 續(xù)監(jiān)測；根據(jù)該突變曲線，獲得突變點對應的橫坐標，即相應的應力監(jiān)測距離，以該應力監(jiān) 測距離減去此時工作面推進距離，即為基本頂超前斷裂距離。
【文檔編號】G01B21/02GK104089595SQ201410300444
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月28日 優(yōu)先權日:2014年6月28日
【發(fā)明者】譚云亮, 寧建國, 劉學生 申請人:山東科技大學