煤巷掘進迎頭應力測定方法及危險性評估方法技術

本發明專利技術提出一種煤巷掘進迎頭應力測定方法及煤巷掘進迎頭危險性評估方法，煤巷掘進迎頭應力測定方法通過在煤巷掘進迎頭的側邊位置的豎直方向上從一端起開設深度不同的鉆孔，將光纖光柵傳感器放置于各個鉆孔的末端位置，通過光纖光柵監測系統得到各個鉆孔末端位置處的應力，繪制應力分布曲線，觀察應力分布曲線趨于水平并停止開設鉆孔；煤巷掘進迎頭危險性評估方法通過煤巷掘進迎頭應力測定方法得到相鄰應力分布曲線，預測更遠位置處虛擬的第三應力分布曲線中的應力最大值并與煤體最大總應力比較。本發明專利技術的有益效果為：可以實時獲得掘進迎頭前方不同距離、不同位置處的應力；為掘進工作面的推進速度及相關解危措施的應用提供依據。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及煤礦災害預警與防治
，特別是涉及一種煤巷掘進迎頭應力測定方法及危險性評估方法。
技術介紹
煤巖動力災害以其來勢迅猛、危害性大的特點，嚴重威脅我國煤炭的安全高效開采，成為最嚴重的災害形式之一。由相關文獻可知，掘進迎頭位置處是煤巖動力災害的主要發生地點，由于巷道掘進往往是向煤巖環境相對不明且受多種因素影響的區域開挖，事故防控難度較大。除此之外，人為的采掘活動造成掘進迎頭前方煤體受力不均，也是煤巖動力災害的一種重要的誘導因素。具體的，煤體內的原始應力處于動態平衡狀態，當巷道向前掘進時，煤體受到外界擾動的影響，原有的應力平衡被打破，掘進工作面前方煤體破碎區及應力集中區出現，當煤體中的集中應力大于煤體中能承受的最大總應力時，則引發煤巖動力災害的可能性較高。現有技術中對煤體內部的應力測定還沒有很好的解決方法，也不能實時獲得掘進迎頭前方不同距離、不同位置處的應力。現有技術中也沒有合適的煤巷掘進迎頭危險性評估方法，不能為掘進工作面的推進速度及相關解危措施的應用提供依據。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種煤巷掘進迎頭應力測定方法以實現實時獲得掘進迎頭前方不同距離、不同位置處的應力，還提供一種煤巷掘進迎頭危險性評估方法以為掘進工作面的推進速度及相關解危措施的應用提供依據。本專利技術提供一種煤巷掘進迎頭應力測定方法，應用光纖光柵監測系統，光纖光柵監測系統包括主機和與主機信號連接的光纖光柵傳感器，所述方法包括以下步驟：步驟一，在煤巷掘進迎頭的側邊位置的豎直方向上從一端起開設深度不同的鉆孔；步驟二，將光纖光柵傳感器放置于各個鉆孔的末端位置；步驟三，通過光纖光柵監測系統得到各個鉆孔末端位置處的應力；步驟四，基于各個鉆孔末端位置處的應力和鉆孔的深度，繪制應力分布曲線；步驟五，觀察應力分布曲線趨于水平，步驟一中停止開設鉆孔。進一步的，步驟一中，在煤巷掘進迎頭的兩側邊位置同步開設鉆孔。進一步的，步驟一中，相鄰鉆孔在豎直方向上相距等長距離，相鄰鉆孔的深度在沿掘進方向上相差等長距離。進一步的，所述光纖光柵監測系統還包括連接桿，連接桿的一端連接光纖光柵傳感器，連接桿內設置有信號電纜，主機經信號電纜連接光纖光柵傳感器；步驟二中，通過連接桿將光纖光柵傳感器放置于各個鉆孔的末端位置。本專利技術還提供一種煤巷掘進迎頭危險性評估方法，應用上述的煤巷掘進迎頭應力測定方法，包括以下步驟：步驟一，煤巷掘進起點位置處，應用煤巷掘進迎頭應力測定方法得到第一應力分布曲線，并確定第一應力分布曲線中的應力最大值σ1和第一應力分布曲線中的應力最大值σ1位置距離煤巷掘進起點位置的距離A；步驟二，煤巷掘進ΔL位置處，應用煤巷掘進迎頭應力測定方法得到第二應力分布曲線，并確定第二應力分布曲線中的應力最大值σ2，其中，ΔL＜A；步驟三，預測煤巷掘進2ΔL位置處的虛擬的第三應力分布曲線中的應力最大值σ3'，σ3′≈σ2×σ2σ1;]]>步驟四，虛擬的第三應力分布曲線中的應力最大值σ3'與煤體最大總應力σmax比較，評估煤巷掘進迎頭的危險性。步驟五，煤巷掘進2ΔL、3ΔL、4ΔL至nΔL位置處，重復步驟二至步驟四。進一步的，步驟四中，煤體最大總應力σmax包括極限平衡區內煤體最大總應力σpmax和彈性區內煤體最大總應力σomax。與現有技術相比，本專利技術的煤巷掘進迎頭應力測定方法和煤巷掘進迎頭危險性評估方法具有以下特點和優點：1、本專利技術的煤巷掘進迎頭應力測定方法，可以實時獲得掘進迎頭前方不同距離、不同位置處的應力；2、本專利技術的煤巷掘進迎頭危險性評估方法，為掘進工作面的推進速度及相關解危措施的應用提供依據。結合附圖閱讀本專利技術的具體實施方式后，本專利技術的特點和優點將變得更加清楚。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術實施例中光纖光柵監測系統布置示意圖；圖2為本專利技術實施例中煤巷掘進迎頭橫截面示意圖；圖3為本專利技術實施例中煤巷掘進迎頭前方的應力分布曲線示意圖。其中，1、主機，2、光纖光柵傳感器，3、連接桿，4、煤巷掘進迎頭，41、左側邊，42、右側邊，5、煤體，6、鉆孔，7、新掘巷道。具體實施方式如圖1至圖3所示，本實施例提供一種煤巷掘進迎頭應力測定方法，應用光纖光柵監測系統，光纖光柵監測系統包括主機1、光纖光柵傳感器2和連接桿3，連接桿3內設置有信號電纜，主機1經信號電纜連接光纖光柵傳感器2，主機1內包括數據處理單元和光纖光柵網絡解調儀，數據處理單元用于對主機1接收到的數據進行處理并屏顯，光纖光柵網絡解調儀提供寬帶光源和波長解調，并將光纖光柵傳感器2中波長飄移量轉化成巖層的應變。所述方法包括以下步驟：步驟一，在煤巷掘進迎頭4的側邊位置的豎直方向上從一端起開設深度不同的鉆孔6；步驟二，通過連接桿3將光纖光柵傳感器2放置于各個鉆孔6的末端位置；步驟三，通過光纖光柵監測系統得到各個鉆孔6末端位置處的應力；步驟四，基于各個鉆孔6末端位置處的應力和鉆孔6的深度，以應力值為縱坐標、深度值為橫坐標，繪制應力分布曲線；步驟五，觀察應力分布曲線趨于水平，也就是曲線趨向于σ＝γH時，步驟一中停止開設鉆孔6，其中，γH為原巖應力值(γ為常系數，H為煤巷掘進迎頭距離地表的高度)。根據繪制的應力分布曲線(參照附圖3)，工程技術人員可以分析煤巷掘進迎頭4前方不同距離、不同位置處的應力分布情況，并可以確定應力分布曲線中特殊值的物理量，比如應力分布曲線中的應力最大值和應力最大值的位置等。本實施例的一種煤巷掘進迎頭應力測定方法，其步驟一中，在煤巷掘進迎頭4的左側邊41和右側邊42的位置同步開設鉆孔6，左側邊41和右側邊42的位置同步開設鉆孔6，即是左側邊41和右側邊42的鉆孔6在豎直方向的高度相等時，其在沿掘進方向上深度相等，如此可以使在左側邊41和右側邊42的鉆孔6的末端位置處得到的應力數值相互校對、驗證。步驟一中，相鄰鉆孔6在豎直方向上相距等長距離h，相鄰鉆孔6的深度在沿掘進方向上相差等長距離l，如此確保鉆孔6末端位置均勻地布置于煤體5中，使繪制的應力分布曲線更加接近煤體5中的應力分布情況。本專利技術還提供一種煤巷掘進迎頭危險性評估方法，應用上述的煤巷掘進迎頭應力測定方法，包括以下步驟：步驟一，煤巷掘進起點位置處，應用煤巷掘進迎頭應力測定方法得到第一應力分布曲線，并確定第一應力分布曲線中的應力最大值σ1和第一應力分布曲線中的應力最大值σ1位置距離煤巷掘進起點位置的距離A；步驟二，煤巷掘進ΔL位置處，即新掘巷道7的長度為ΔL時，應用煤巷掘進迎頭應力測定方法得到本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種煤巷掘進迎頭應力測定方法，其特征在于，應用光纖光柵監測系統，光纖光柵監測系統包括主機和與主機信號連接的光纖光柵傳感器，所述方法包括以下步驟：步驟一，在煤巷掘進迎頭的側邊位置的豎直方向上從一端起開設深度不同的鉆孔；步驟二，將光纖光柵傳感器放置于各個鉆孔的末端位置；步驟三，通過光纖光柵監測系統得到各個鉆孔末端位置處的應力；步驟四，基于各個鉆孔末端位置處的應力和鉆孔的深度，繪制應力分布曲線；步驟五，觀察應力分布曲線趨于水平，步驟一中停止開設鉆孔。

【技術特征摘要】
1.一種煤巷掘進迎頭應力測定方法，其特征在于，應用光纖光柵監測系統，光纖光柵監
測系統包括主機和與主機信號連接的光纖光柵傳感器，所述方法包括以下步驟：
步驟一，在煤巷掘進迎頭的側邊位置的豎直方向上從一端起開設深度不同的鉆孔；
步驟二，將光纖光柵傳感器放置于各個鉆孔的末端位置；
步驟三，通過光纖光柵監測系統得到各個鉆孔末端位置處的應力；
步驟四，基于各個鉆孔末端位置處的應力和鉆孔的深度，繪制應力分布曲線；
步驟五，觀察應力分布曲線趨于水平，步驟一中停止開設鉆孔。
2.根據權利要求1所述的煤巷掘進迎頭應力測定方法，其特征在于：步驟一中，在煤巷
掘進迎頭的兩側邊位置同步開設鉆孔。
3.根據權利要求2所述的煤巷掘進迎頭應力測定方法，其特征在于：步驟一中，相鄰鉆
孔在豎直方向上相距等長距離，相鄰鉆孔的深度在沿掘進方向上相差等長距離。
4.根據權利要求1至3所述的煤巷掘進迎頭應力測定方法，其特征在于：所述光纖光柵
監測系統還包括連接桿，連接桿的一端連接光纖光柵傳感器，連接桿內設置有信號電纜，主
機經信號電纜連接光纖光柵傳感器；步驟二中，通過連接桿將光纖光柵傳感器放置于各個鉆
孔的末端位置。
5...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王剛，張孝強，孫路路，杜文州，黃啟銘，顏國強，李文鑫，武猛猛，
申請(專利權)人：山東科技大學，
類型：發明
國別省市：山東;37