一種礦壓活動(dòng)規(guī)律無損監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦壓活動(dòng)規(guī)律監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種礦壓活動(dòng)規(guī)律無損監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭作為我國主體能源，在能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占比例一直在65%以上。據(jù)2015年國家統(tǒng)計(jì)局最新數(shù)據(jù)表明，原煤產(chǎn)量已從1998年的12.5億噸逐年增長至2014年的38.7億噸；預(yù)計(jì)我國煤炭需求峰值將在2020年出現(xiàn)，峰值水平為41至47億噸。在今后相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)，煤炭的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)事關(guān)我國現(xiàn)代化建設(shè)全局、是我國經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的重要保障。
[0003]隨著淺部資源的逐漸枯竭，煤炭開采不斷向深部延伸。我國中東部大多數(shù)礦井開采深度已超過800m，如新汶礦區(qū)平均最大回采深度達(dá)到1032m。目前全國最深的礦井是山東能源新礦集團(tuán)孫村煤礦，其開采深度已達(dá)到1501m，也是目前亞洲采深最深的煤礦。同時(shí)，我國金屬和有色金屬礦山也已進(jìn)入1000~2000m的深部開采狀態(tài)。根據(jù)目前資源開采狀況來看，我國煤礦開采深度以8?12 m/a的速度增加，預(yù)計(jì)在未來20年內(nèi)我國很多礦山開采深度將達(dá)到地下1500 m水平。
[0004]隨著我國煤炭開采深度不斷增加，深部開采表現(xiàn)出比淺部更為惡劣的工作環(huán)境，可用高地應(yīng)力、高地溫和高孔隙水壓(或氣壓)、強(qiáng)烈的多次開采擾動(dòng)的“三高一擾動(dòng)”特點(diǎn)來概括。在采深900m~1100m時(shí)，實(shí)測地應(yīng)力一般在30_40MPa左右，在巷道初次開挖后引起的周邊圍巖次生應(yīng)力可達(dá)60MPa以上。受上下覆煤層的多次開采擾動(dòng)影響，深部巷道處于一種礦山壓力(簡稱礦壓)急劇調(diào)整狀態(tài)。在礦山壓力作用下的一系列力學(xué)現(xiàn)象，以頂板垮落、底鼓、片幫、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等不同形式呈現(xiàn)出來，煤炭資源的安全高效開采面臨著極其嚴(yán)峻的礦壓顯現(xiàn)問題。
[0005]礦壓監(jiān)測方法主要有巷道表面位移監(jiān)測、頂板離層監(jiān)測、深部位移監(jiān)測、錨桿受力監(jiān)測等。前三者都屬于巷道圍巖表面或內(nèi)部的位移監(jiān)測，對(duì)頂板冒落的預(yù)警與控制具有一定指導(dǎo)意義，但巷道位移(或變形)與礦山壓力并不存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，要準(zhǔn)確掌握礦壓活動(dòng)規(guī)律必須采用直接測力方法來進(jìn)行礦山壓力監(jiān)測，從而錨桿受力監(jiān)測成為礦壓活動(dòng)規(guī)律監(jiān)測的一項(xiàng)重要監(jiān)測手段。
[0006]目前，通常采用液壓枕或測力錨桿進(jìn)行錨桿受力監(jiān)測，但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)這些監(jiān)測手段與方法存在如下缺點(diǎn):
①需要事先布置測點(diǎn)并安裝相關(guān)的監(jiān)測儀器等，不能大面積地實(shí)施錨桿受力監(jiān)測；
②因每個(gè)工人錨桿施工及其液壓枕安裝操作存在差異，液壓枕與巖面接觸面積有所不同，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果與實(shí)際受力情況有所差異；
③液壓枕結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，隨著錨桿受力的增加和作用時(shí)間的延長，液壓枕易受損或監(jiān)測結(jié)果失真；
④事先定點(diǎn)安設(shè)的錨桿受力監(jiān)測站(大多礦井每50m布置一組)，無法對(duì)巷道該區(qū)域錨桿受力狀態(tài)進(jìn)行有效評(píng)估，也無法對(duì)錨桿支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行合理評(píng)價(jià)；同時(shí)，不能較好地發(fā)現(xiàn)巷道異常斷面或隱性危險(xiǎn)處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種礦壓活動(dòng)規(guī)律無損監(jiān)測方法，操作簡單，可較好地掌握深部巷道圍巖礦壓活動(dòng)規(guī)律，保證巷道圍巖穩(wěn)定，控制礦壓顯現(xiàn)，減少人員傷亡事故，也可有效評(píng)估錨桿支護(hù)狀態(tài)。
[0008]本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種礦壓活動(dòng)規(guī)律無損監(jiān)測方法，包括如下步驟:
步驟1:在需要獲得礦壓活動(dòng)規(guī)律的回采巷道里，從采煤工作面端頭起，沿巷道軸線向前50m巷道內(nèi)的每3排錨桿，設(shè)置一組測試斷面，分別對(duì)該組測試斷面的頂板和兩幫需要進(jìn)行錨桿軸力測試的錨桿進(jìn)行編號(hào)；
步驟2:采用礦用本安型錨桿無損檢測系統(tǒng)分別對(duì)編號(hào)錨桿進(jìn)行錨桿軸力測試；
步驟3:隨著采煤工作面向前推進(jìn)，需要在巷道外段沿工作面推進(jìn)方向繼續(xù)增加測試斷面，每3排錨桿增加一組測試斷面，使得測試區(qū)段始終保持在50m左右；測試區(qū)段隨著采煤工作面向前推進(jìn)而不斷向前推移；
步驟4:重復(fù)步驟2?步驟3，使得每根錨桿軸力測試次數(shù)超過6次以上；
步驟5:將每根錨桿測試軸力作為縱坐標(biāo)，采煤工作面推進(jìn)距離作為橫坐標(biāo)，輸入二維坐標(biāo)系里作圖，即可得到距工作面不同距離錨桿軸力變化規(guī)律，進(jìn)而得到該采煤工作面推進(jìn)的巷道圍巖礦壓活動(dòng)規(guī)律。
[0009]其進(jìn)一步是:礦用本安型錨桿無損檢測系統(tǒng)包括錨桿無損檢測儀、套管和測力傳感器，錨桿軸力測試具體步驟如下:
步驟201:在測試錨桿外漏端擰上套管，使得套管與錨桿螺母緊密接觸。
[0010]步驟202:打開錨桿無損檢測儀；
步驟203:將附帶數(shù)據(jù)傳輸線的測力傳感器敷設(shè)在套管的外端，然后將數(shù)據(jù)傳輸線連接在錨桿無損檢測儀上；
步驟204:對(duì)與錨桿螺母緊貼的套管里端施加激震信號(hào)，使得該激震信號(hào)沿錨桿進(jìn)行傳播；通過測力傳感器接收傳播信號(hào)并進(jìn)行頻譜分析，即可得到所測錨桿軸向受力。
[0011]需要進(jìn)行錨桿軸力測試的錨桿選取位于頂板和兩幫中間部位的錨桿。
[0012]需要進(jìn)行錨桿軸力測試的錨桿為非全長錨固的金屬錨桿。每根錨桿軸力測試10次。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:通過對(duì)錨桿軸力進(jìn)行無損監(jiān)測，有效確定超前支承壓力范圍，實(shí)時(shí)掌握礦壓活動(dòng)規(guī)律，及時(shí)發(fā)現(xiàn)巷道支護(hù)異常區(qū)段和隱伏構(gòu)造影響區(qū)域，控制礦壓顯現(xiàn)，減少人員傷亡事故；可對(duì)巷道錨桿軸力方便、高效檢測，實(shí)時(shí)獲取錨桿支護(hù)狀態(tài)，有效評(píng)估錨桿支護(hù)狀態(tài)，為支護(hù)方案設(shè)計(jì)及其參數(shù)修正提供科學(xué)依據(jù)，具有重要工程實(shí)踐意義。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的礦壓監(jiān)測斷面平面布置示意圖；
圖2為本發(fā)明的礦壓監(jiān)測斷面測試錨桿剖面布置示意圖； 圖3為本發(fā)明的錨桿軸力監(jiān)測裝置及其測試過程示意圖