一种基于围岩应力的煤层巷道卸压带宽度测定方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采领域，尤其涉及一种基于围岩应力的煤层巷道卸压带宽度测定方法。

背景技术

煤与瓦斯突出( 简称突出) 是瓦斯压力、地应力以及煤的物理力学性质等因素综合作用的一种动力现象，其多发生于层煤巷道掘进过程中，巷道布置不合理或者瓦斯抽采不充分等导致误采误掘突出危险性煤层，进而引发突出事故发生，造成巨大财产损失及人员伤亡，并影响工程进度、严重制约矿井采掘接替。在突出煤层掘进巷道时，如何降低掘进前方煤体瓦斯含量、实现掘进巷道的顺利消突成为制约煤矿高效安全生产的困难之一。

国内外大量研究表明，煤层在掘出巷道后，煤体应力平衡状态被打破，在趋向新应力平衡过程中巷道两旁出现带状划分，依次为卸压区、应力集中区及原始应力区。卸压区内应力经过长时间释放，煤层透气性增加、瓦斯不断解吸释放、瓦斯压力大幅降低，逐步失去了发生瓦斯灾害的动能，在该段卸压区域的保护作用下，只要预留足够的保护宽度，即可实现煤层巷道掘进期间的消突工作。同时，在卸压区内掘进巷道能够改善巷道支护条件，提高煤炭资源回收，能降低防突工程量，实现安全高效掘进。现行的很多防突措施如深孔松动爆破、开卸压槽等，都是通过增加卸压带宽度来实现防突的目的。此外，为提高抽采效果，顺煤层抽采钻孔封孔长度应尽量超过卸压带宽度。由此可知，准确确定卸压带宽度对于快速安全掘进及瓦斯有效抽采具有重要意义。

以往的煤层巷旁卸压带宽度测定方法主要有钻屑法、瓦斯含量法、钻孔瓦斯涌出初速度法、瓦斯抽采参数法、气体漏失量法；以上方法所测数据受诸多影响因素的制约，测定结果具有很大的不确定性。因此，本发明依据煤层的矿山压力分布规律理论提出了基于围岩应力的煤层巷道卸压带宽度测定方法。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，提供一种操作简单、方便快捷的基于围岩应力的煤层巷道卸压带宽度测定方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于围岩应力的煤层巷道卸压带宽度测定方法，包括以下步骤：

S1、在巷道帮部向垂直巷道轴向的方向打设若干个不同深度的钻孔且若干个钻孔均水平并排设置；

S2、在钻孔中，利用推送杆将孔内应力感应包以及连接孔内应力感应包的高压液输送管路送至钻孔孔底位置；

S3、在高压液输送管路伸出钻孔的一端安装三向接口，三向接口的第二端口连接数字应力显示器，三向接口的第二端口连接截门并通过截门连接加液枪；

S4、打开截门，通过加液枪将液压油输入高压液输送管路，液压油通过高压液输送管路进入孔内应力感应包；观察数字应力显示器显示出来的压力值读数，在数字应力显示器的压力值读数达到一定数值并稳定后关闭截门，读取并记录该压力值读数；

S5、重复步骤S2～S4，直至所有钻孔均读取压力值读数结束，然后在一定时间段内以高频次记录每一个钻孔所属数字应力显示器显示的压力值读数，根据不同深度钻孔中压力值的大小和压力值变化幅度来确定卸压带宽度的范围。

进一步的，所述步骤S1中，若干个钻孔等间距设置且相邻钻孔之间的间距为1～2m。

进一步的，所述步骤S4中，在数字应力显示器的压力值读数达到2～4MPa并稳定后关闭截门。

进一步的，所述步骤S5中，一定时间段的时长不少于30天；高频次记录的记录频率为相邻两次记录的间隔时间不超过两小时。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明提出了一种基于围岩应力的煤层巷道卸压带宽度测定方法，其是基于矿山压力分布规律理论提出的，即煤层掘出后，由于支承条件的改变，其原始平衡状态受到破坏，围岩中的应力从巷道轮廓线开始往深部形成不同的应力分布区域，即应力降低区、应力集中区和原岩应力区，应力降低区即为卸压带区域；本发明的整个测定过程不用采集钻孔钻屑，不用进行封孔，不用担心因封孔不严而产生数据失真，不会因煤体瓦斯在打孔期间漏失而对测定数据产生干扰，也不会因打钻过程对孔壁造成破坏而产生误差；其只需通过测定钻孔不同深度的围岩应力，就能准确确定测点附近的巷旁卸压带宽度，测定过程简单快捷，不受其他因素影响，有效提高了煤层巷道卸压带宽度的测定准确性，给煤矿开采作业带来了便利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中单个钻孔的测定操作效果图；

图2为本发明中测定钻孔的排列布置图。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

如图1、图2所示，本实施例公开了一种基于围岩应力的煤层巷道卸压带宽度测定方法，其在测定过程中需要用到的工具包括孔内应力感应包2、高压液输送管路3、推送杆5、推送杆连接套4、三向接口6、数字应力显示器7、截门8和加液枪9；高压液输送管路3的两端分别与孔内应力感应包2、三向接口6相连通，三向接口6另外两个端口分别与加液枪9、数字应力显示器7相连通，加液枪9通过高压液输送管路3向孔内应力感应包2内部输送液压油；推送杆5用于将孔内应力感应包2推送入钻孔内指定位置，推送后可取出。

本发明的具体测定步骤为：

一种基于围岩应力的煤层巷道卸压带宽度测定方法，包括以下步骤：

S1、在巷道帮部向垂直巷道轴向的方向打设若干个不同深度的钻孔1且若干个钻孔1均水平并排设置；若干个钻孔1等间距设置且相邻钻孔1之间的间距为1m；

S2、在钻孔1中，利用推送杆5将孔内应力感应包2以及连接孔内应力感应包2的高压液输送管路3一端送至钻孔1孔底位置；推送杆5长度不够时可以用推送杆连接套4进行连接加长；

S3、在高压液输送管路3伸出钻孔1的一端安装三向接口6，三向接口6的第二端口连接数字应力显示器7，三向接口6的第二端口连接截门8并通过截门8连接加液枪9；

S4、打开截门8，通过加液枪9将液压油输入高压液输送管路3，液压油通过高压液输送管路3进入孔内应力感应包2；观察数字应力显示器7显示出来的压力值读数，在数字应力显示器7的压力值读数达到3MPa并稳定后关闭截门8，读取并记录该压力值读数；

S5、重复步骤S2～S4，直至所有钻孔1均读取压力值读数结束，然后在不少于30天的时间段内，以每小时一次的记录频率对每一个钻孔1所属数字应力显示器7显示的压力值读数进行记录，根据不同深度钻孔1中压力值的大小和压力值变化幅度来确定卸压带宽度的范围。

本发明具有以下有益效果：

1、测定方法新；巷道产生卸压带的直接原因是由于巷道受到应力集中的作用，应力的集中（上升）使煤体破碎、松软，从而使煤体产生碎块、裂隙和更多的钻屑，煤体内的瓦斯也相应发生变化，以往的钻屑法、瓦斯含量法、气体漏失量法都是针对这种间接产生的结果进行测量，为间接测量，间接测量易受到多种外界因素的干扰，如钻头对裂隙的破坏、打钻速率、打钻时间、钻屑统计误差等，而本方法是直接对围岩应力进行测量，不易受外界干扰，测量更加准确；

2、适用范围广；本方法不仅可用在高瓦斯地区，也可以用在瓦斯含量低、瓦斯压力小的区域，因为低瓦斯含量地区，瓦斯含量的变化值可能极小，无法测出，而本方法不测瓦斯含量，因此不受瓦斯含量大小的影响，只要在卸压带内，应力是必然有上升、下降的过程的，因此本方法适用范围广泛；

3、数据采集便捷；本方法可进行数据的连续无人自动采集，人员只需定期进行现场设备检查和数据收集即可，减少人员频繁下井次数，相比其他方法更加安全、便捷；同时其他方法测定的数据仅为测定当时的瞬时数据，不具备连续性，影响测定结果的准确性；

4、施工简单；本方法所需要的钻孔，可利用瓦斯含量法、钻屑法等测试中使用过的钻孔，不需要重复施工钻孔，可以进一步降低测定成本；

5、测量精度高；本方法对于卸压带宽度的最终测量精度可达到0.1m，其他方法对于卸压带宽度的测量精度只能达到1.0～1.5m。