[发明专利]一种采掘工作面地应力分布特征探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采掘工作面地应力分布特征探测方法，尤其适用于探测巷道掘进工作面前方地应力分布特征，也适用于在回采工作面通过多个探测孔来探测回采工作面前方地应力分布特征。

背景技术

在具有突出危险性的煤层内进行采掘作业时，在瓦斯压力较高、地应力较大、煤岩体比较松散时，很容易发动煤与瓦斯突出；同时在高地应力区域掘进巷道也很容易发生岩爆，这些对职工生命安全都构成了极大的危害。不论是煤与瓦斯突出还是岩爆都和工作面前方地应力分布状态有着密切的关系：采掘工作面前方地应力峰值距离工作面越近、峰值越大就越容易发动煤与瓦斯突出。准确及时地探测采掘工作面前方地应力峰值的位置对于预测煤与瓦斯突出危险性和岩爆危险性有着重要的指导意义。目前，国内外虽然可以直接测试地应力，但是一般都是点预测模式，很难实现大规模测试，更难实现地应力分布特征的探测，而本发明将提供一种可行的方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种采掘工作面地应力分布特征探测方法，通过探测振动波在采掘工作面前方不同位置处煤岩体内传播的速度来分析采掘工作面前方地应力分布状态，并可以根据地应力峰值距离采掘工作面的距离来预测煤与瓦斯突出危险性或岩爆危险性。

技术方案：本发明的采掘工作面地应力分布特征探测方法，包括以下步骤：

a、在从掘进头沿煤岩层向巷道前方施工钻孔之前，在掘进头处钻孔两侧的煤岩体内安装振动传感器一；

b、用钻机从掘进头沿煤岩层向巷道前方施工钻孔，钻头每前进0.5-2m暂停钻进，每次暂停时都在钻杆的外露端上紧密固定振动传感器二；

c、每次暂停钻进后，用钻头顶部撞击孔底发生振动，使振动传感器一和振动传感器二同步接收振动信号，并将信号实时传递给信号接收器，每次接收振动信号之后将振动传感器二与钻杆分离；

d、重复步骤b、c，直至钻孔施工完毕；

e、根据振动波在钻杆内的传播速度、钻杆长度、不同位置振动传感器一和振动传感器二接收到的振动信号时间差、振动传感器二的位置、钻孔角度，计算出振动信号在掘进头前方不同位置处煤岩体内的传播速度；

f、根据振动波速和地应力的对应关系，通过掘进头前方不同位置处煤岩体内振动波速的分布特征来分析地应力分布特征。

有益效果：本发明通过探测波速差异来探测地应力分布的差异，适用于探测巷道掘进工作面前方地应力分布特征，也适用在回采工作面通过多个探测孔来探测回采工作面应力分布，对于突出煤层内的采掘工作面煤与瓦斯突出危险性预测有着重要的意义。在具有突出危险性的煤层内实施采掘作业时，煤与瓦斯突出危险性主要受到地应力分布、瓦斯压力分布和煤体强度分布等的综合影响，准确预测采掘工作面前方地应力分布状态对于预测煤与瓦斯突出危险性有着重要的指导意义。由于采掘工作面位置不断移动，采掘工作面前方地应力分布不断变化，长期以来地应力分布很难做到及时探测。本发明可在采掘工作面循环作业过程中，在采掘工作面正常施工防突钻孔、或者预测钻孔的过程中，完成对采掘工作面前方地应力分布的探测，明确地应力峰值距离工作面的距离。在采掘的整个过程中，当探测到地应力峰值向工作面靠近时则突出危险性增大，当地应力峰值远离工作面时突出危险性变小。其测试方法简单，操作性强，效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明采掘工作面地应力分布特征探测方法示意图。

图中：1-巷道，2-钻机，3-振动传感器一，4-振动传感器二，5-振动发生点，6-钻杆，7-掘进头。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

本发明的巷道掘进工作面地应力分布特征探测方法：在巷道1掘进的过程中，在每掘进一段距离都通过探测掘进头7前方不同位置处用振动产生波速的分布特征来反算地应力分布特征，并用于预测煤与瓦斯突出危险性，具体步骤如下：

a、在从掘进头7沿煤岩层向巷道1前方施工钻孔之前，在掘进头7处钻孔两侧的煤岩体内安装振动传感器一3，振动传感器一3在工作状态时实时检测到沿煤岩体传递的振动信号；

b、用钻机2从掘进头7沿煤岩层向巷道1前方施工钻孔，钻头每前进0.5-2m后暂停钻进，且每次暂停时都在钻杆6的外露端上设置振动传感器二4，使振动传感器二4和钻杆6紧密结合在一起，以便实时检测到沿钻杆6传播的振动信号；