[发明专利]煤矿冲击地压综合预警观测方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域。

背景技术

冲击地压是世界范围内煤矿中最严重的自然灾害之一。我国大多数矿山的煤层与岩层都具有不同程度的冲击倾向性，在一定的临界深度下煤岩冲击极为严重，特别是随着我国煤矿开采深度以每年约20m的深度不断增加，冲击地压越来越严重，已成为制约我国矿山生产和安全的主要重大灾害性事故之一。尽管国内外学者在冲击地压发生机理、监测手段及控制技术等研究方面取得了重要进展，但还远没有从根本上解决其有效预测和防治问题。我国煤矿矿井大多建于五六十年代，随着时间推移和矿产资源开发向深部转移，这些矿井将进入深部开采，冲击地压灾害问题将更趋严重、更为突出、更为普遍。

在冲击地压预测与防治方面，由于对开采后上覆岩层运动变化规律及采场围岩应力场的时空分布规律不清，开拓与回采的决策理论不完善，目前在冲击地压煤层的采掘设计基本上依靠统计经验来决策，因而经常出现在高应力区内、孤岛与半孤岛煤柱中进行采掘工作，为冲击地压的发生提供了力源条件。由于没有把握复杂高应力和大埋深条件下的冲击煤岩层破坏过程的内在本质规律，因而对冲击地压发生的时间、地点及强度等没有达到定量预计的程度；冲击地压矿井普遍采用的信息采集技术，其测试参数不完善，监测的信息还不十分可靠，只能进行冲击地压的定性监测；对监测到的信息没有从理论上、实验上、方法上进行综合处理，其反馈信息对冲击地压预测的可靠性较差。所以目前冲击地压控制是全面防治，造成大量的人力、物力的浪费，极大地影响生产组织，降低了生产效率。在冲击地压预测预报方面，近几年来这方面的研究取得了重大的进展，但在在动态应力范围、高应力区能量释放特征的定量观测方面，还没有形成系统、可靠的观测方法，特别是深井条件下，岩层的软化作用明显，其动应力范围的判断准则很难建立，目前的观测手段与方法很难取得定量数值。。

所以，我国煤矿冲击地压煤层的开采设计和实施仍然停留在对开采覆岩运动和应力场分布发展规律不清的发展阶段。这是当前煤矿冲击地压事故频繁，特别是重大灾害事故没有从根本上得到控制，开采经济效益低的重要原因之一。理论研究和生产实践证明，冲击地压事故几乎都与采掘工作面覆岩运动破坏和应力场应力大小及分布密切联系在一起。

发明内容

本发明的目的是为完善煤矿冲击地压危险性预测的可靠性问题，提出一种综合预警观测方法。

本发明采取的技术方案是：

第一步：获得冲击地压煤层的高应力场范围

在冲击地压煤层工作面开采过程中，首先在回采巷道中沿工作面前进方向，每间隔10-20米布置一台顶板动态仪，进行连续观测顶板下沉速度，从而获得顶板下沉速度突变的地点；然后在该地点逐步缩小顶板动态仪的间隔距离，继续连续观测顶板下沉速度，直至逼近准确的超前压力范围值，该范围确定为顶板高应力场范围。

第二步：人为干预观测扰动范围

在回采巷道中，从高应力场边缘处开始，沿工作面前进方向每间隔5-10m布置一台高敏感应力计，布置4台以上；并在动应力场范围内的应力峰值位置向煤层中钻3-5个孔，孔间距3-5m，孔深8-10米，孔中装入炸药，一次爆破；爆破后爆轰波在煤层中传播并逐渐衰减，同时高敏感应力计观测记录到应力波数据，根据每台应力波显示数据的大小从而确定出动压区能量释放的扰动范围。

第三步：全方位动态监测

在上述确定的高应力场范围与扰动范围内的巷道中，布置埋设多组敏感压力传感器，组与组之间的间距根据应力分布规律定为20-40m，每组埋设2-3个间距0.5m的2-3个敏感压力传感器，且每组的的传感器在不同深度上；埋设时首先向围岩中钻孔，将敏感压力传感器浇筑在钻孔中，并将传感器信号传输到数据采集处理器上；在工作面开采中，数据采集处理器及时处理应力场的变化数据，当达到系统设置的预警参数时，进行报警，从而实现煤矿冲击地压危险性监测预警。

本发明的积极效果是：通过将采掘工作面覆岩运动破坏和应力场应力大小及分布密切联系在一起进行综合监测，从而预测出冲击地压发生的危险性并及时报警措施，避免冲击地压危险事故的发生。

附图说明

图1是本发明顶板动态仪布置及动应力场示意图；

图2是本发明人为干预诱发与观测仪器布置示意图；

图3是本发明全方位动态监测示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的实施。

第一步：获得动应力场范围