一种冲击地压应力在线传感器灵敏度检测及评价方法

技术领域

本发明涉及一种冲击地压应力在线传感器灵敏度检测及评价方法，属于煤矿安全开采技术领域。

背景技术

随着煤矿开采强度和深度的增加，资源存储应力环境的恶化导致冲击地压现象频发，严重制约着煤矿的安全生产。为有效遏制冲击地压的发生，有效的监测预警技术成为关键因素。近年来，冲击地压监测预警朝着区域化、连续化、多样化的方向发展，多种监测设备，如微震、声发射、电磁辐射等监测方法层出不穷。对于冲击危险区域应力监测，目前所采用的方法主要包括钻屑法和应力在线监测法，钻屑法主要用于巷道内应力点监测，而应力在线监测则重点对工作面两巷超前范围内进行线性应力监测。

现有的应力在线监测设备众多，布置方式也在相关规定的基础上多种多样，较多矿井特别是冲击地压等灾害危险矿井均安装了应力在线监测系统。受不同巷道开采、地质因素影响，煤岩应力分布特征有所不同，根据煤柱或工作面实体煤条件，应力在线监测潜孔、深孔布置位置也应该有所差异，因此，目前所采用的相同布置形式对于不同条件巷道的监测效能有待提高。

针对现场应力环境复杂，现有改变围岩应力状态的方法主要为煤体爆破、大直径钻孔等，并未对应力在线传感器的灵敏度形成相应的检测及评价方法，无法更好的发挥应力在线监测系统的监测能力。

发明内容

本发明提供一种冲击地压应力在线传感器灵敏度检测及评价方法，该方法能够改变巷道围岩的应力状态，还能够评价同一位置不同型号传感器的灵敏度，从而择优选出应力传感器，提高监测效能。

为了实现上述目的，本发明提供一种冲击地压应力在线传感器灵敏度检测及评价方法，包括如下步骤：

(1)根据现场设备布置及施工状况，确定检测钻孔布置区域，即利用已知的钻孔参数、传感器布置方式及传感器型号，在超前工作面距离为a的巷道实体煤一侧垂直于煤体布置应力在线传感器安装钻孔及煤体爆破钻孔；

(2)在步骤(1)确定的检测钻孔布置区域内沿巷道走向布设煤体爆破孔组和多个应力在线传感器安装孔组，煤体爆破孔组布设多个煤体爆破孔，各煤体爆破孔与沿巷道走向距离最近的第1个应力在线传感器安装孔距离不小于5m；每个应力在线传感器安装孔组布设多个应力在线传感器安装孔，相邻应力在线传感器安装孔的间距为b，每个应力在线传感器安装孔内同一深度位置布设多个应力在线传感器，各应力在线传感器布设位置与其所在的应力在线传感器安装孔孔口的水平距离为c；

(3)将不同型号的应力在线传感器安装至步骤(2)中确定的应力在线传感器安装孔的指定位置；对步骤(2)中布设的各煤体爆破孔进行装药、连线，并封孔，同时对安装到位的应力在线传感器进行数据监测有效测试后，实施煤体爆破，爆破实施按照距离应力在线传感器由远及近的顺序，实时监测每个应力在线传感器安装孔内的应力在线传感器所产生的应力数值，从而获得所有应力在线传感器爆破期间产生的应力值σ及响应时间t；

(4)根据布置在同一应力在线传感器安装孔内同一深度位置不同型号的应力在线传感器在煤体爆破实施期间的变化情况，确定应力在线传感器的灵敏度：对在步骤(3)中得出的应力值σ及响应时间t进行分析处理，统计每次煤体爆破实施期间同一应力在线传感器安装孔内不同位置的应力在线传感器应力变化值Δσ

(5)根据应力在线传感器监测应力变化情况的灵敏度进行等级效果评价，所述应力在线传感器灵敏度评价标准为：当ε

进一步地，所述步骤(1)中超前工作面距离a≥200m；所述检测钻孔布置区域方便钻孔施工，不受运输皮带、变电站设备因素干扰。

进一步地，所述步骤(2)中煤体爆破孔组布设至少5个煤体爆破孔，各煤体爆破孔与沿巷道走向距离最近的第1个应力在线传感器安装孔的距离分别为90～100m、40～50m、20～30m、8～10m、3～5m，孔径为70～80mm，钻孔深度为13～15m，距巷道底板1～1.2m，装药长度为2～3m，封孔长度为2～3m；

每个应力在线传感器安装孔组布设至少3个应力在线传感器安装孔，每个应力在线传感器安装孔内布设至少2个不同型号的应力在线传感器，相邻应力在线传感器安装孔的间距b为20～25m，孔深为12～14m，距巷道底板1～1.2m，与煤体爆破孔水平高度一致，各应力在线传感器布设位置与其所在的应力在线传感器安装孔孔口的水平距离c为12～14m。

本发明通过确定不受设备等因素影响、便于施工的检测孔布置区域，在检测区域内布设多个煤体爆破孔及多个应力在线传感器安装孔，并在各应力在线传感器安装孔内的同一深度位置安装不同型号的应力在线传感器；对煤体由远及近依次爆破以改变煤岩应力状态，爆破的同时由相应的应力在线传感器进行爆破前后煤体应力变化值及响应时间的监测，根据同一应力在线传感器安装孔内同一深度位置的不同应力在线传感器所监测的煤体应力变化值和应力变化响应时间，计算求得应力变化速率，确定同一应力在线传感器安装孔内同一深度位置处何种应力在线传感器响应灵敏度最优，进而确定最优传感器。本发明实现了检测同一应力在线传感器安装孔内最优应力在线传感器的确定，大大提高了传感器监测的监测效能。

附图说明

图1是本发明实施例中煤体爆破孔及应力在线传感器安装孔布设示意图；

图2是本发明实施例中煤体爆破孔距离应力在线传感器安装孔100m处实施爆破后的应力变化率曲线图；

图3是本发明实施例中煤体爆破孔距离应力在线传感器安装孔50m处实施爆破后的应力变化率曲线图；

图4是本发明实施例中煤体爆破孔距离应力在线传感器安装孔30m处实施爆破后的应力变化率曲线图；

图5是本发明实施例中煤体爆破孔距离应力在线传感器安装孔10m处实施爆破后的应力变化率曲线图；

图6是本发明实施例中煤体爆破孔距离应力在线传感器安装孔5m处实施爆破后的应力变化率曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种冲击地压应力在线传感器灵敏度检测及评价方法，包括如下步骤：

(1)根据现场设备布置及施工状况，确定检测钻孔布置区域，即利用已知的钻孔参数、传感器布置方式及传感器型号，在超前工作面距离为a的巷道实体煤一侧垂直于煤体布置应力在线传感器安装钻孔及煤体爆破钻孔；

(2)在步骤(1)确定的检测钻孔布置区域内沿巷道走向布设煤体爆破孔组和多个应力在线传感器安装孔组，煤体爆破孔组布设多个煤体爆破孔，各煤体爆破孔与沿巷道走向距离最近的第1个应力在线传感器安装孔距离不小于5m；每个应力在线传感器安装孔组布设多个应力在线传感器安装孔，相邻应力在线传感器安装孔的间距为b，每个应力在线传感器安装孔内同一深度位置布设多个应力在线传感器，各应力在线传感器布设位置与其所在的应力在线传感器安装孔孔口的水平距离为c；

(3)将不同型号的应力在线传感器安装至步骤(2)中确定的应力在线传感器安装孔的指定位置；对步骤(2)中布设的各煤体爆破孔进行装药、连线，并封孔，同时对安装到位的应力在线传感器进行数据监测有效测试后，实施煤体爆破，爆破实施按照距离应力在线传感器由远及近的顺序，实时监测每个应力在线传感器安装孔内的应力在线传感器所产生的应力数值，从而获得所有应力在线传感器爆破期间产生的应力值σ及响应时间t；

(4)根据布置在同一应力在线传感器安装孔内同一深度位置不同型号的应力在线传感器在煤体爆破实施期间的变化情况，确定应力在线传感器的灵敏度：对在步骤(3)中得出的应力值σ及响应时间t进行分析处理，统计每次煤体爆破实施期间同一应力在线传感器安装孔内不同位置的应力在线传感器应力变化值Δσ

(5)根据应力在线传感器监测应力变化情况的灵敏度进行等级效果评价，所述应力在线传感器灵敏度评价标准为：当ε

作为一种优选的实施方式，所述步骤(1)中超前工作面距离a≥200m；所述检测钻孔布置区域方便钻孔施工，不受运输皮带、变电站设备因素干扰。

作为一种优选的实施方式，所述步骤(2)中煤体爆破孔组布设至少5个煤体爆破孔，各煤体爆破孔与沿巷道走向距离最近的第1个应力在线传感器安装孔的距离分别为90～100m、40～50m、20～30m、8～10m、3～5m，孔径为70～80mm，钻孔深度为13～15m，距巷道底板1～1.2m，装药长度为2～3m，封孔长度为2～3m；

每个应力在线传感器安装孔组布设至少3个应力在线传感器安装孔，每个应力在线传感器安装孔内布设至少2个不同型号的应力在线传感器，相邻应力在线传感器安装孔的间距b为20～25m，孔深为12～14m，距巷道底板1～1.2m，与煤体爆破孔水平高度一致，各应力在线传感器布设位置与其所在的应力在线传感器安装孔孔口的水平距离c为12～14m。

实施例：

本实施案例针对某矿3308工作面进行最优应力在线传感器确定，该矿井已安装微震监测系统且能够对3308工作面区域形成有效的包围，对区域内微震事件监测精度较高。

(1)如图1所示，在3308工作面回风顺槽超前200～360m范围内进行应力在线传感器最优布置位置检测，该区域不受其它设备干扰、方便施工；

(2)在确定的钻孔检测区域内沿巷道走向布设煤体爆破孔组和多个应力在线传感器安装孔组，煤体爆破孔组布设至少5个煤体爆破孔，与沿巷道走向距离最近的第1个应力在线传感器安装孔的距离分别为100m、50m、30m、10m、5m；每个应力在线传感器安装孔组布设3个应力在线传感器安装孔，相邻安装孔的间距为20m，每个应力在线传感器安装孔内同一深度位置安装2个不同型号的应力在线传感器，各应力在线传感器布设位置与其所在的应力在线传感器安装孔孔口的水平距离为14m；

煤体爆破孔直径75mm，孔深13m，装药长度2m，封孔长度2m，正向装药孔内串联；应力在线传感器布设完成并测试监测数据有效后，实施煤体爆破，爆破实施按照距离应力在线传感器由远及近顺序进行，各应力在线传感器安装孔内2个不同型号应力在线传感器所监测到的应力变化率曲线图如图2至图6所示；

(3)利用安装并测试完成的应力在线传感器实施监测每次煤体爆破施工时传感器变化情况，包括应力变化值Δσ

表一应力在线传感器灵敏度评价表

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