專(zhuān)利名稱(chēng)：一種沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦山?jīng)_擊地壓或巖爆的預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
沖擊地壓又稱(chēng)巖爆，是指井巷或工作面周?chē)鷰r體，由于彈性變形能的瞬時(shí)釋放而突然產(chǎn)生劇烈破壞的動(dòng)力現(xiàn)象，常伴有煤巖體拋出、巨響及氣浪等現(xiàn)象。它具有很大的破壞性，是煤礦重大災(zāi)害之一。沖擊地壓發(fā)生之前都有預(yù)兆，主要表現(xiàn)為:周期來(lái)壓顯現(xiàn)劇烈，切眼煤墻片幫，上下端頭冒頂，頂板下沉速度增大；打卸壓炮、卸壓孔時(shí)存在卡鉆和吸鉆現(xiàn)象。一般情況下，沖擊地壓發(fā)生在采掘工作面的應(yīng)力集中區(qū)。它的峰值越大，峰值位置距離煤壁越近，發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)性越大。沖擊地壓發(fā)生前煤巖變形停滯，頂?shù)装逡苿?dòng)速度變緩，煤由工作面壓出也變緩。受到壓縮的煤層和發(fā)生變形的頂、底板以彈性變形的方式承受高壓，并積存大量變形能。通過(guò)監(jiān)測(cè)變形能變化引起的聲發(fā)射和微震活動(dòng)，就可能推斷沖擊危險(xiǎn)程度。積存能量多，沖擊危險(xiǎn)性就大。如果是多次釋放，則釋放的規(guī)模小。如果是一次集中釋放，則沖擊強(qiáng)烈。沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法，除了以往的經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比法外，大致可以分為兩類(lèi)。一類(lèi)是以鉆屑法為主的局部探測(cè)法，包括煤巖體變形觀測(cè)法、煤巖體應(yīng)力測(cè)量法、流動(dòng)地音檢測(cè)法、巖餅法等。這類(lèi)方法主要用于探測(cè)采掘局部區(qū)段的沖擊危險(xiǎn)程度，并且簡(jiǎn)單易行、直觀可靠，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但這類(lèi)方法的缺點(diǎn)是預(yù)測(cè)工作在時(shí)間、空間上不連續(xù)，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。第二類(lèi)是系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法，包括地音系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法和微震系統(tǒng)監(jiān)測(cè)法，以及其他地球物理方法，如:電磁輻射、地溫、地磁等。該類(lèi)方法根據(jù)連續(xù)記錄煤巖體內(nèi)出現(xiàn)的動(dòng)力現(xiàn)象預(yù)測(cè)沖擊地壓危險(xiǎn)狀態(tài)。所依據(jù)的基本條件是巖體結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)破壞過(guò)程，是以超前出現(xiàn)的一系列物理現(xiàn)象為信息。這類(lèi)方法可以實(shí)現(xiàn)在空間和時(shí)間上的連續(xù)監(jiān)測(cè)。但采用此方法維護(hù)管理較困難，分析數(shù)據(jù)和判定煤巖體的力學(xué)狀態(tài)難度較大，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)，積累大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)才可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。因此，開(kāi)發(fā)一種沖擊地壓鉆桿動(dòng)參數(shù)預(yù)測(cè)方法，在鉆孔時(shí)采用拾振裝置將這些振動(dòng)現(xiàn)象記錄下來(lái)，便可根據(jù)些振動(dòng)現(xiàn)象的特征值判斷是否有沖擊危險(xiǎn)性?；蛘邔⑹罢裱b置采集到的信號(hào)作為鉆屑法監(jiān)測(cè)沖擊礦壓的主要指標(biāo)從而提高鉆屑法預(yù)測(cè)精度，對(duì)于提高煤礦安全預(yù)警度意義明顯。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)確度高的沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案包括以下步驟:
I)連接檢測(cè)裝置:將三維拾振連接套的一端固接在鉆桿上，確認(rèn)三維拾振連接套與信號(hào)收發(fā)機(jī)間的信號(hào)收發(fā)送正常后，再將三維拾振連接套的另一端與煤電鉆套接，開(kāi)啟煤電鉆試運(yùn)轉(zhuǎn)；
所述三維拾振連接套由三維加速度傳感器和三維加速度傳感器兩端的連接裝置I和連接裝置II固定連接組成，所述三維加速度傳感器的外殼上固接有無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片；信號(hào)收發(fā)機(jī)的外殼上固接有無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片，所述的連接裝置I與煤電鉆套接，連接裝置II與鉆桿固接。2)預(yù)鉆孔:在非高應(yīng)力集中區(qū)預(yù)鉆孔Im并收集煤粉量，記錄鉆孔Im所需的時(shí)間，將該時(shí)間除以15取整得到頻譜曲線(xiàn)輸出間隔時(shí)間鉆孔時(shí)三維加速度傳感器同步采集鉆進(jìn)時(shí)鉆桿的三維振動(dòng)情況，三維加速度傳感器外殼上固定的無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片I將三維加速度傳感器采集到的三向加速度信號(hào)傳輸?shù)綆в袩o(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片II的信號(hào)收發(fā)機(jī)上存儲(chǔ)，存儲(chǔ)在信號(hào)收發(fā)機(jī)上的數(shù)字信號(hào)經(jīng)信號(hào)收發(fā)機(jī)上的頻譜模塊頻譜變換后得到數(shù)字信號(hào)的主振頻率并形成振動(dòng)頻譜曲線(xiàn)。3)鉆孔與信號(hào)采集:啟動(dòng)鉆機(jī)鉆孔，鉆孔時(shí)三維加速度傳感器同步采集鉆進(jìn)時(shí)鉆桿的三維振動(dòng)，將三向加速度信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片I傳輸?shù)叫盘?hào)收發(fā)機(jī)上存儲(chǔ)，每間隔時(shí)間^輸出一個(gè)頻譜曲線(xiàn)，記錄每個(gè)頻譜曲線(xiàn)的前8階主振頻率，輸出每階主振頻率隨時(shí)間或鉆孔深度變化曲線(xiàn)；每鉆孔Im后停止鉆進(jìn)，并收集煤粉量。4)沖擊地壓的預(yù)測(cè):對(duì)于沒(méi)有沖擊地壓的正常鉆進(jìn)，鉆桿的縱向振動(dòng)和橫向振動(dòng)相當(dāng)于兩端簡(jiǎn)支的梁振動(dòng)力學(xué)模型，而當(dāng)卡鉆時(shí)，相當(dāng)于在梁中某點(diǎn)增加一個(gè)中間支座限制該點(diǎn)的徑向位移，則卡鉆時(shí)的橫向振動(dòng)頻率會(huì)明顯增加，即在“橫向振動(dòng)頻率-鉆孔深度”曲線(xiàn)表現(xiàn)出畸變；而當(dāng)發(fā)生鉆孔沖擊時(shí)，鉆桿縱向振動(dòng)的端部條件發(fā)生改變，則鉆孔沖擊時(shí)的縱向振動(dòng)頻率也會(huì)明顯增加，即在“縱向振動(dòng)頻率-鉆孔深度”曲線(xiàn)同樣表現(xiàn)出畸變；
因此，根據(jù)步驟3)中主振頻率隨時(shí)間或鉆孔深度變化曲線(xiàn)的畸變點(diǎn)個(gè)數(shù)可預(yù)測(cè)煤層的沖擊地壓傾向性，再結(jié)合鉆屑量和步驟2)預(yù)鉆孔時(shí)所得到的振動(dòng)頻譜曲線(xiàn)綜合預(yù)測(cè)沖擊地壓。進(jìn)一步的，步驟I)中所述的加速度傳感器采用內(nèi)置電荷放大器的壓電式加速度傳感器，鉆桿采用麻花鉆桿，煤電鉆采用在高應(yīng)力煤體中鉆￠42飛Omm鉆孔時(shí)所需的煤電鉆。本發(fā)明的有益效果是:根據(jù)鉆屑量、鉆桿橫向主振頻率和鉆桿縱向主振頻率等三個(gè)參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)煤體的沖擊趨向性，將鉆屑法中的輔助參數(shù)(吸鉆、卡鉆和鉆孔沖擊現(xiàn)象)數(shù)字化，避免了鉆屑法施工中因操作人員漏記而造成對(duì)沖擊地壓漏判現(xiàn)象；同時(shí)，將鉆進(jìn)時(shí)鉆桿振動(dòng)的主振頻率作為主要預(yù)測(cè)參數(shù)，大大提高了沖擊地壓預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。


圖1是本發(fā)明方法所采用裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖中:1、煤電鉆，2、三維拾振連接套，3、麻花鉆桿，4、鉆頭，5、無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片I
，6、信號(hào)收發(fā)機(jī)，7、無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片II，21、連接裝置I，22、三維加速度傳感器，21、連接
裝置II。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合 附圖1和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。一種沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法，其步驟如下:
I)連接檢測(cè)裝置:將三維拾振連接套2的一端固接在鉆桿3上，確認(rèn)三維拾振連接套2與信號(hào)收發(fā)機(jī)6間的信號(hào)收發(fā)送正常后，再將三維拾振連接套2的另一端與煤電鉆I套接，開(kāi)啟煤電鉆I試運(yùn)轉(zhuǎn)；
所述三維拾振連接套2由三維加速度傳感器22和三維加速度傳感器兩端的連接裝置I 21和連接裝置II 23固定連接組成，所述三維加速度傳感器22內(nèi)設(shè)有有無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片I 5 ;信號(hào)收發(fā)機(jī)6內(nèi)設(shè)有無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片II 7，所述的連接裝置I 21與煤電鉆I套接，連接裝置II 23與鉆桿3固接；
所述的加速度傳感器22采用內(nèi)置電荷放大器的壓電式加速度傳感器，鉆桿3采用麻花鉆桿，煤電鉆采用在高應(yīng)力煤體中鉆￠42飛Omm鉆孔時(shí)所需的煤電鉆。2)預(yù)鉆孔:在非高應(yīng)力集中區(qū)預(yù)鉆孔Im并收集煤粉量，記錄鉆孔Im所需的時(shí)間，將該時(shí)間除以15取整得到頻譜曲線(xiàn)輸出間隔時(shí)間鉆孔時(shí)三維加速度傳感器22同步采集鉆進(jìn)時(shí)鉆桿3的三維振動(dòng)情況，三維加速度傳感器22外殼上固定的無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片I 5將三維加速度傳感器22采集到的三向加速度信號(hào)傳輸?shù)綆в袩o(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片II 7的信號(hào)收發(fā)機(jī)6上存儲(chǔ)，存儲(chǔ)在信號(hào)收發(fā)機(jī)6上的數(shù)字信號(hào)經(jīng)信號(hào)收發(fā)機(jī)上的頻譜模塊頻譜變換后得到數(shù)字信號(hào)的主振頻率并形成振動(dòng)頻譜曲線(xiàn)。3)鉆孔與信號(hào)采集:首先根據(jù)采高的3.5倍取整確定鉆孔深度并準(zhǔn)備鉆桿及螺紋型連接套，一切準(zhǔn)備就緒后啟動(dòng)鉆機(jī)鉆孔，鉆孔時(shí)三維加速度傳感器22同步采集鉆進(jìn)時(shí)鉆桿的三維振動(dòng)，將三向加速度信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片I 5傳輸?shù)叫盘?hào)收發(fā)機(jī)6上存儲(chǔ)，每間隔時(shí)間^輸出一個(gè)頻譜曲線(xiàn)，記錄每個(gè)頻譜曲線(xiàn)的前8階主振頻率，輸出每階主振頻率隨時(shí)間或鉆孔深度變化曲線(xiàn)；每鉆孔Im后停止鉆進(jìn)，并收集煤粉量；
4)沖擊地壓的預(yù)測(cè):對(duì)于沒(méi)有沖擊地壓的正常鉆進(jìn)，鉆桿的縱向振動(dòng)和橫向振動(dòng)相當(dāng)于兩端簡(jiǎn)支的梁振動(dòng)力學(xué)模型，而當(dāng)卡鉆時(shí)，相當(dāng)于在梁中某點(diǎn)增加一個(gè)中間支座限制該點(diǎn)的徑向位移，則卡鉆時(shí)的橫向振動(dòng)頻率會(huì)明顯增加，即在“橫向振動(dòng)頻率-鉆孔深度”曲線(xiàn)表現(xiàn)出畸變；而當(dāng)發(fā)生鉆孔沖擊時(shí)，鉆桿縱向振動(dòng)的端部條件發(fā)生改變，則鉆孔沖擊時(shí)的縱向振動(dòng)頻率也會(huì)明顯增加 ，即在“縱向振動(dòng)頻率-鉆孔深度”曲線(xiàn)同樣表現(xiàn)出畸變；
因此，根據(jù)步驟3)中主振頻率隨時(shí)間或鉆孔深度變化曲線(xiàn)的畸變點(diǎn)個(gè)數(shù)可預(yù)測(cè)煤層的沖擊地壓傾向性，再結(jié)合鉆屑量和步驟2)預(yù)鉆孔時(shí)所得到的振動(dòng)頻譜曲線(xiàn)綜合預(yù)測(cè)沖擊地壓。
權(quán)利要求
1.一種沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法，其步驟為: 1)連接檢測(cè)裝置:將三維拾振連接套(2)的一端固接在鉆桿(3)上，另一端與煤電鉆(I)套接，開(kāi)啟煤電鉆(I)試運(yùn)轉(zhuǎn)； 所述三維拾振連接套(2)由三維加速度傳感器(22)和三維加速度傳感器兩端的連接裝置I (21)和連接裝置II (23)固定連接組成，所述三維加速度傳感器(22)的外殼上固接有無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片I (5);信號(hào)收發(fā)機(jī)(6)的外殼上固接有無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片II (7)； 2)預(yù)鉆孔:在非高應(yīng)力集中區(qū)預(yù)鉆孔Im并收集煤粉量，記錄鉆孔Im所需的時(shí)間，將該時(shí)間除以15取整得到振動(dòng)頻譜曲線(xiàn)輸出間隔時(shí)間鉆孔時(shí)三維加速度傳感器(22)同步采集鉆進(jìn)時(shí)鉆桿(3)的三維振動(dòng)情況，無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片I (5)將三維加速度傳感器(22)采集到的三向加速度信號(hào)傳輸?shù)綆в袩o(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片II (7)的信號(hào)收發(fā)機(jī)(6)上存儲(chǔ)，存儲(chǔ)在信號(hào)收發(fā)機(jī)(6)上的數(shù)字信號(hào)經(jīng)信號(hào)收發(fā)機(jī)上的頻譜模塊頻譜變換后得到數(shù)字信號(hào)的主振頻率并形成振動(dòng)頻譜曲線(xiàn)； 3)鉆孔與信號(hào)采集:啟動(dòng)鉆機(jī)鉆孔，鉆孔時(shí)三維加速度傳感器(22)同步采集鉆進(jìn)時(shí)鉆桿(3)的三維振動(dòng)，將三向加速度信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片I (5)傳輸?shù)叫盘?hào)收發(fā)機(jī)(6)上存儲(chǔ)，每間隔時(shí)間^輸出一個(gè)頻譜曲線(xiàn)，記錄每個(gè)頻譜曲線(xiàn)的前8階主振頻率，輸出每階主振頻率隨時(shí)間或鉆孔深度變化曲線(xiàn)；每鉆孔Im后停止鉆進(jìn)，并收集煤粉量； 4)沖擊地壓的預(yù)測(cè):根據(jù)步驟3)中主振頻率隨時(shí)間或鉆孔深度變化曲線(xiàn)的畸變點(diǎn)個(gè)數(shù)可預(yù)測(cè)煤層的沖擊地壓傾向性，再結(jié)合鉆屑量和步驟2)預(yù)鉆孔時(shí)所得到的振動(dòng)頻譜曲線(xiàn)綜合預(yù)測(cè)沖擊地壓。
2.如權(quán)利要求1所述的一種沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法，步驟I)中所述的加速度傳感器(22)采用內(nèi)置電荷放大器的壓電式加速度傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法，步驟I)中所述的鉆桿(3)采用麻花鉆桿。`
4.如權(quán)利要求1所述的一種沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法，步驟I)中所述的煤電鉆(I)采用在高應(yīng)力煤體中鉆￠42飛Omm鉆孔時(shí)所需的煤電鉆。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種沖擊地壓的預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明采取在煤電鉆(1)和鉆桿(3)之間固接三維拾振連接套(2)，由三維拾振連接套(2)同步采集鉆進(jìn)時(shí)鉆桿的三維振動(dòng)信號(hào)，該振動(dòng)信號(hào)由三維拾振連接套(2)上的無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片(5)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)叫盘?hào)收發(fā)機(jī)(6)上存儲(chǔ)，每間隔時(shí)間T輸出一個(gè)頻譜曲線(xiàn)，記錄每個(gè)頻譜曲線(xiàn)的前8階主振頻率，輸出每階主振頻率隨鉆孔深度或時(shí)間變化曲線(xiàn)，然后根據(jù)主振頻率隨鉆孔深度或時(shí)間變化曲線(xiàn)的畸變點(diǎn)個(gè)數(shù)預(yù)測(cè)煤層的沖擊地壓傾向性，再結(jié)合鉆屑量以及與鉆孔時(shí)得到的振動(dòng)曲線(xiàn)綜合預(yù)測(cè)沖擊地壓。本發(fā)明將吸鉆、卡鉆和鉆孔沖擊現(xiàn)象數(shù)字化，大大提高了沖擊地壓預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)E21F17/18GK103104294SQ20131004021
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者李青鋒, 朱川曲, 李樹(shù)清 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)