煤礦采場圍巖應力快速評估方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及采礦工程地應力測試領域，尤其涉及一種煤礦采場圍巖應力相對大小的快速評估方法。
【背景技術】
[0002]煤礦開采過程中，在回采巷道開挖，工作面推進，以及采空區(qū)上覆巖層運動的綜合影響下，工作面前方巖體的應力分布十分復雜。這些巖體一般存在應力高峰區(qū)、應力下降區(qū)和應力平穩(wěn)區(qū)，通過簡單測試快速確定相應區(qū)域的位置和范圍，對于提前采取針對措施具有重要意義，如沖擊地壓和煤與瓦斯突出預測、回采巷道和工作面補強支護、工作面推進速度選擇等。
[0003]目前，地應力實測方法有多種，最常用的是水壓致裂法和應力解除法。水壓致裂法只能在巖體的完整性較好的條件下才能應用，而且測量過程需要經過測試段選擇、下放安裝孔內封隔器、封座、加壓、壓裂、關泵、卸壓、提取封隔器、印模等程序，操作極其復雜。應力解除法同樣面臨操作復雜的問題，而且煤礦圍巖強度較小，巖芯很難獲取，應力解除法在破碎軟弱巖體中難以實施。
[0004]如果在鉆孔過程中，通過分析鉆機運行和鉆進參數(shù)，直接評估地應力的相對大小，則可大大簡化測量程序，縮短測量時間，避免現(xiàn)行技術存在的技術瓶頸。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種煤礦采場圍巖應力快速評估方法，操作簡單并能夠快速測得圍巖應力的相對大小，為煤礦開采決策提供基本依據(jù)。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
一種煤礦采場圍巖應力快速評估方法，其特征在于包括如下步驟:
a、在采煤工作面，通過數(shù)字化鉆機向前方巖體中鉆孔，在鉆機鉆進的過程中，實時記錄鉆進距離與時間的關系，以及鉆機功率與時間的關系；
b、將上述數(shù)據(jù)導入計算機，根據(jù)鉆進距離與時間的關系，計算在距離壁面任意位置處，單位時間內的鉆進量，并根據(jù)孔徑參數(shù)計算得到單位時間內鉆進巖石的體積；根據(jù)鉆機功率與時間的關系，計算在相應位置處，單位時間內鉆機消耗的能量；進而由單位時間內鉆機消耗的能量除以單位時間內鉆進巖石的體積，得到在任意位置處鉆進單位體積巖石所需要的能量；
C、根據(jù)鉆進單位體積巖石所需要的能量的變化趨勢確定應力高峰區(qū)、應力下降區(qū)和應力平穩(wěn)區(qū)的大致位置及其相對大小，確定依據(jù)是:在應力較高的區(qū)域鉆進單位體積巖石所需要的能量較多，在應力較小的區(qū)域鉆進單位體積巖石所需要的能量較少；
d、根據(jù)c步驟得到的相對應力大小的分布，在確定鉆孔深度進入應力平穩(wěn)區(qū)一定距離后停止鉆孔。
[0007]所述的數(shù)字化鉆機，其特征在于，在鉆進的過程中，可以實時記錄鉆進距離與時間的關系，以及鉆機功率與時間的關系，并輸入計算機進行數(shù)據(jù)分析。
[0008]本發(fā)明的基本原理是:鉆機在圍巖中鉆孔時，在圍巖應力較高的區(qū)域鉆進單位體積巖石所需要的能量較多，在圍巖應力較低的區(qū)域鉆進單位體積巖石所需要的能量較少；采用數(shù)字化鉆機結合計算機數(shù)據(jù)分析，根據(jù)實時鉆孔能量分析圍巖應力的相對大小。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在鉆孔的過程中即可分析圍巖應力的相對大小，以及應力峰值區(qū)域范圍，方法簡單，成本低；本發(fā)明不需要預先鉆出完整鉆孔，不受巖體完整性以及強度等因素的影響。
【附圖說明】
[0010]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明:
圖1為本發(fā)明所述煤礦采場圍巖應力快速評估方法實施例的示意圖；
圖2為工作面前方典型的圍巖應力分布圖；
圖例:1_數(shù)字化鉆機；2_計算機；a_采煤工作面；b_回采巷道；c-采煤工作面前方巖體；d_采空區(qū)。
【具體實施方式】
[0011]結合附圖1，一種煤礦采場圍巖應力快速評估方法，其特征在于包括如下步驟:
a、在采煤工作面a，通過數(shù)字化鉆機I向前方巖體c中鉆孔，在鉆機鉆進的過程中，實時記錄鉆進距離與時間的關系，以及鉆機功率與時間的關系；
b、將上述數(shù)據(jù)導入計算機2，根據(jù)鉆進距離與時間的關系，計算在距離壁面任意位置處，單位時間內的鉆進量，并根據(jù)孔徑參數(shù)計算得到單位時間內鉆進巖石的體積；根據(jù)鉆機功率與時間的關系，計算在相應位置處，單位時間內鉆機消耗的能量；進而由單位時間內鉆機消耗的能量除以單位時間內鉆進巖石的體積，得到在任意位置處鉆進單位體積巖石所需要的能量；
C、根據(jù)鉆進單位體積巖石所需要的能量的變化趨勢確定應力高峰區(qū)、應力下降區(qū)和應力平穩(wěn)區(qū)的大致位置及其相對大小，如圖2所示；確定依據(jù)是:在應力較高的區(qū)域鉆進單位體積巖石所需要的能量較多，在應力較小的區(qū)域鉆進單位體積巖石所需要的能量較少；d、根據(jù)c步驟得到的相對應力大小的分布，在確定鉆孔深度進入應力平穩(wěn)區(qū)一定距離后停止鉆孔。
[0012]所述的數(shù)字化鉆機，其特征在于，在鉆進的過程中，可以實時記錄鉆進距離與時間的關系，以及鉆機功率與時間的關系，并輸入計算機進行數(shù)據(jù)分析。
[0013]以上所述實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體的實施方式的一種，本領域的技術人員在本發(fā)明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種煤礦采場圍巖應力快速評估方法，其特征在于包括如下步驟: a、在采煤工作面，通過數(shù)字化鉆機向前方巖體中鉆孔，在鉆機鉆進的過程中，實時記錄鉆進距離與時間的關系，以及鉆機功率與時間的關系； b、將上述數(shù)據(jù)導入計算機，根據(jù)鉆進距離與時間的關系，計算在距離壁面任意位置處，單位時間內的鉆進量，并根據(jù)孔徑參數(shù)計算得到單位時間內鉆進巖石的體積；根據(jù)鉆機功率與時間的關系，計算在相應位置處，單位時間內鉆機消耗的能量；進而由單位時間內鉆機消耗的能量除以單位時間內鉆進巖石的體積，得到在任意位置處鉆進單位體積巖石所需要的能量； C、根據(jù)鉆進單位體積巖石所需要的能量的變化趨勢確定應力高峰區(qū)、應力下降區(qū)和應力平穩(wěn)區(qū)的大致位置及其相對大小，確定依據(jù)是:在應力較高的區(qū)域鉆進單位體積巖石所需要的能量較多，在應力較小的區(qū)域鉆進單位體積巖石所需要的能量較少； d、根據(jù)c步驟得到的相對應力大小的分布，在確定鉆孔深度進入應力平穩(wěn)區(qū)一定距離后停止鉆孔； 所述的數(shù)字化鉆機，在鉆進的過程中可以實時記錄鉆進距離與時間的關系，以及鉆機功率與時間的關系，并輸入計算機進行數(shù)據(jù)分析。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤礦采場圍巖應力快速評估方法，主要包括如下步驟：在采煤工作面，通過數(shù)字化鉆機向前方巖體中鉆孔，記錄鉆進距離與時間的關系以及鉆機功率與時間的關系，計算得到在任意位置處鉆進單位體積巖石所需要的能量，根據(jù)其變化趨勢確定應力高峰區(qū)、應力下降區(qū)和應力平穩(wěn)區(qū)的大致位置及其相對大小。本發(fā)明的依據(jù)是：在應力較高的區(qū)域鉆進單位體積巖石所需要的能量較多，在應力較小的區(qū)域鉆進單位體積巖石所需要的能量較少；本發(fā)明不需要預先鉆出完整鉆孔，在鉆孔的過程中即可分析圍巖應力的相對大小以及應力峰值區(qū)域范圍，方法簡單，成本低，不受巖體完整性、強度等因素的影響，可為煤礦開采決策提供基本依據(jù)。
【IPC分類】E21F17-00
【公開號】CN104727851
【申請?zhí)枴緾N201510051231
【發(fā)明人】蔣宇靜, 吳學震, 王剛, 石永奎, 李博
【申請人】山東科技大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月1日