本發(fā)明涉及礦產(chǎn)能源及深部巖土工程生產(chǎn)技術領域，尤其涉及一種基于原位聲波測試的巷道底鼓分類方法。
背景技術：
我國多數(shù)煤礦地質條件復雜，深部圍巖地應力大，圍巖地質力學環(huán)境差，支護結構體承載能力低，且受采動影響強烈，特別是隨著我國煤礦開采技術的不斷進步，礦井不斷向現(xiàn)代化、大型化發(fā)展，開采設備正越來越大型化，礦井也必須增加巷道斷面，才能滿足煤炭運輸、大型設備使用、通風等方面的需要。隨著開采深度和巷道斷面的加大，巷道圍巖變形破壞嚴重，導致巷道圍巖變形量顯著增加，圍巖控制難度增高，極易發(fā)生底鼓、頂板劇烈下沉、冒頂塌落等失穩(wěn)破壞現(xiàn)象，尤其是底鼓對安全高效生產(chǎn)影響更為嚴重，使得巷道斷面縮小，阻礙運輸、通風和人員行走，因底鼓而造成巷道報廢的現(xiàn)象時有發(fā)生，已成為深部巷道礦壓顯現(xiàn)的重要特征。所有巷道當中，回采巷道的圍巖條件、應力狀況最為復雜,加上較軟弱的底板巖層及工作面超前支承壓力的影響,底鼓現(xiàn)象更為普遍,幾乎所有回采巷道均存在不同程度的底鼓。因此，對底鼓的有效控制已成為深部礦井開采過程中急待解決的技術難題。
雖然，國內外專家學者對底鼓的機理及其控制方法進行了大量深入的研究工作，試驗成功了很多控制底鼓的方法與措施,主要有如下幾類：(1)加固法，如底板注漿、底板錨桿、封閉式支架、砌碹及混凝土反拱等；(2)卸壓法，即通過切縫等一些方法使原來連續(xù)的巖體處于不連續(xù)狀態(tài),使底板巖體處于應力降低區(qū),從而保持底板的穩(wěn)定，具體方法有底板切縫、兩幫切縫、鉆孔、松動 爆破及卸壓煤柱等；(3)巷旁充填法，該方法與卸壓煤柱相似,首先把巷道兩幫一定范圍內的煤采出,再填入充填材料,要求充填材料既有一定的支護阻力又有一定的讓壓性能,目的在于使巷幫應力向深部轉移,達到控制底鼓的目的；(4)聯(lián)合控制法，即根據(jù)具體工程條件,綜合采用上述兩種或多種技術進行控制。
這些底鼓控制措施均依賴于不同的工程地質條件,原理也不盡相同,需要根據(jù)實際巖層物理力學參數(shù)、應力狀態(tài)及其受采動影響情況等，開展深入的底鼓控制技術適用性研究并對提出有針對性的控制措施和參數(shù)。然而，由于礦井地質條件復雜，開拓開采布局各異，而且受到觀測手段的限制，當前缺乏快速、系統(tǒng)的測試研究方法與手段?，F(xiàn)有技術常用的設計與控制思路是，首先采用現(xiàn)場取芯、室內加工試樣并測試分析獲得底板巖層物理力學參數(shù)，然后依據(jù)該測試參數(shù)結合礦井地質條件進行圍巖控制方法初選與設計計算，最后進行現(xiàn)場施工并監(jiān)測控制效果，進而對設計計算參數(shù)進行完善與優(yōu)化。主要問題表現(xiàn)在三個方面：其一，取芯測試樣品數(shù)量少、代表性不強，且加工測試成本高、時效性差、效率低，不能直接、快速地應用到巷道底鼓控制設計計算中去；其二，室內實驗測試改變了巖石原有的地質及受力環(huán)境，而且受到人為擾動較大，極大地改變了圍巖原有的屬性，致使測試數(shù)據(jù)可靠程度不高；其三，不能實時快速地反映巷道附近采礦活動對巷道的影響情況，致使原有設計計算與工程實際存在較大差異。因此，目前煤礦巷道底鼓控制設計很大程度上依賴于工程技術人員的工程判斷和實踐經(jīng)驗，具有一定的盲目性，導致實際生產(chǎn)中許多巷道底鼓控制效果不佳，有些設計參數(shù)偏于保守，造成嚴重浪費；而另有一些巷道圍巖變形控制不住，嚴重制約著礦井安全高效開采水平的提高。
技術實現(xiàn)要素：
為解決背景技術中存在的技術問題，本發(fā)明提出一種基于原位聲波測試的巷道底鼓分類方法。
本發(fā)明提出的一種基于原位聲波測試的巷道底鼓分類方法，包括下列步驟：
S1、在初始時間T0，在當前巷道掘進工作面后方的底板上鉆取至少一個鉆孔；
S2、在S1的鉆孔內測試不同深度的初始聲波速度V0，根據(jù)V0對巖體強度進行分類；
S3、在后續(xù)巷道掘進過程中任一時間T1，在S1的鉆孔內測試各地層的待測聲波速度Vp；
S4、基于S2和S3中得到的初始聲波速度和待測聲波速度，根據(jù)采動影響指數(shù)與V0和Vp之間的函數(shù)關系，得出采動影響指數(shù)K，并且根據(jù)K對圍巖進行分類。
優(yōu)選地，在S1中，在鉆孔內安裝護孔套管，且通過水泥砂漿將所述護孔套管與所述初始鉆孔內壁及底板固定。
優(yōu)選地，在S1中，所述鉆孔的深度為L1，所述護孔套管的長度為L2，L1：L2＝(3-5)：1。
優(yōu)選地，在S1中，所述鉆孔的深度為10-15米，且所述鉆孔的直徑為70-80毫米。
優(yōu)選地，鉆取多個鉆孔，測試每個鉆孔的Vn0和Vnp，其中n為自然數(shù)。
優(yōu)選地，在S2中，當V0＞4800時，則將巖體分類為堅硬巖；當3500＜V0＜4800時，則將巖體分類為硬巖；當2500＜V0＜3500時，則將巖體分類為中軟巖；當1500＜V0＜2500時，則將巖體分類為軟巖；當V0＜1500時，則將巖體分類為極軟巖。
優(yōu)選地，在S4中，通過將V0和Vp代入下列公式，計算采動影響指數(shù)K：
K＝[(VP-V0)/V0]2。
優(yōu)選地，在S4中，當K＞0.7時，則采動影響程度為強烈；當0.4＜K＜0.7時，則采動影響程度為較強；當0.1＜K＜0.4時，則采動影響程度為中等；當K＜0.1時，則采動影響程度為較弱。
優(yōu)選地，在S2中，對在鉆孔內不同深度測得的多個初始聲波速度V0m進行均值及均方差的統(tǒng)計分析，從而對巖體強度進行初步分類，其中m為自然數(shù)。
本發(fā)明中，所提出的基于原位聲波測試的巷道底鼓分類方法，在巷道掘進工作面后方的底板上鉆取鉆孔，在鉆孔內測試不同深度的初始聲波速度V0，根據(jù)V0對巖體強度進行分類，然后在后續(xù)巷道掘進過程中任一時間，在鉆孔內測試各地層的待測聲波速度Vp，根據(jù)采動影響指數(shù)與V0和Vp之間的函數(shù)關系，得出采動影響指數(shù)，從而對圍巖進行分類。通過上述優(yōu)化設計的基于原位聲波測試的巷道底鼓分類方法，通過測試分析采礦過程中巷道底板巖層的波速分布規(guī)律及其變化特征，將巷道底板巖體按照硬度和采動影響情況分類，從而為控制底鼓方法的選擇提供基礎。
附圖說明
圖1為本發(fā)明提出的一種基于原位聲波測試的巷道底鼓分類方法的流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，圖1為本發(fā)明提出的一種基于原位聲波測試的巷道底鼓分類方法的流程圖。
參照圖1，本發(fā)明提出的一種基于原位聲波測試的巷道底鼓分類方法，包括下列步驟：
S1、在初始時間T0，在當前巷道掘進工作面后方的底板上鉆取至少一個鉆 孔；
S2、在S1的鉆孔內測試不同深度的初始聲波速度V0，根據(jù)V0對巖體強度進行分類；
S3、在后續(xù)巷道掘進過程中任一時間T1，在S1的鉆孔內測試各地層的待測聲波速度Vp；
S4、基于S2和S3中得到的初始聲波速度和待測聲波速度，根據(jù)采動影響指數(shù)與V0和Vp之間的函數(shù)關系，得出采動影響指數(shù)K，并且根據(jù)K對圍巖進行分類。
在本實施例中，所提出的基于原位聲波測試的巷道底鼓分類方法，在巷道掘進工作面后方的底板上鉆取鉆孔，在鉆孔內測試不同深度的初始聲波速度V0，根據(jù)V0對巖體強度進行分類，然后在后續(xù)巷道掘進過程中任一時間，在鉆孔內測試各地層的待測聲波速度Vp，根據(jù)采動影響指數(shù)與V0和Vp之間的函數(shù)關系，得出采動影響指數(shù)，從而對圍巖進行分類。通過上述優(yōu)化設計的基于原位聲波測試的巷道底鼓分類方法，通過測試分析采礦過程中巷道底板巖層的波速分布規(guī)律及其變化特征，將巷道底板巖體按照硬度和采動影響情況分類，從而為控制底鼓方法的選擇提供基礎。
在具體實施方式中，為了保證鉆孔孔口的穩(wěn)定性及后續(xù)測試安全，在鉆孔內安裝護孔套管，且通過水泥砂漿將所述護孔套管與所述初始鉆孔內壁及底板固定。
在進一步實施方式中，所述鉆孔的深度為L1，所述護孔套管的長度為L2，L1：L2＝(3-5)：1，所述鉆孔的深度為10-15米，且所述鉆孔的直徑為70-80毫米。
在其他具體實施方式中，根據(jù)初始測試速度V0對巖體硬度進行分類時，在S2中，當V0＞4800時，則將巖體分類為堅硬巖；當3500＜V0＜4800時，則將巖體分類為硬巖；當2500＜V0＜3500時，則將巖體分類為中軟巖；當1500＜V0＜2500時，則將巖體分類為軟巖；當V0＜1500時，則將巖體分類為極軟巖。
在S4中，通過將V0和Vp代入下列公式，計算采動影響指數(shù)K：
K＝[(VP-V0)/V0]2。
根據(jù)采動影響指數(shù)K對巖體圍體硬度進行具體分類時，當K＞0.7時，則采動影響程度為強烈；當0.4＜K＜0.7時，則采動影響程度為較強；當0.1＜K＜0.4時，則采動影響程度為中等；當K＜0.1時，則采動影響程度為較弱。
在具體實施中，可對不同類別下巷道底鼓特征及機理進行研究分析，分別針對不同類別下的底鼓機理提出加固法、卸壓法、巷旁充填法或綜合法控制技術，為實現(xiàn)快速有序、安全高效的礦井生產(chǎn)提供保障。
為了提高巖體類型分析的精確度，在其他具體實施方式中，在S2中，還測量鉆孔內的聲波時差，根據(jù)聲波時差和初始聲波速度進行巖體聲波特性分析。
在其他具體實施方式中，為了提高巷道底鼓分類的精確度，在巷道掘進初期進行鉆取初始鉆孔，在初始鉆孔內不同深度測得V0m，然后在掘進影響穩(wěn)定期、工作面回采初期及回采影響穩(wěn)定期分別測試V1Px、V2Px、V3Px，從而得到聲波沿待測鉆孔深度變化曲線，并計算多個Kx。
在另一具體實施方式中，在巷道掘進過程中鉆取多個鉆孔，測試每個鉆孔的Vn0和Vnp，其中n為自然數(shù)，提高V0和VP的測量精度。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。