一種工作面頂板來壓及破斷的監測方法與流程

2023-11-30 15:22:11 3

本發明涉及煤礦工作面監測技術領域，具體是一種工作面頂板來壓及破斷的監測方法。

背景技術：
工作面頂板來壓及破斷是煤礦開採過程中劇烈的礦山壓力顯現現象，監測工作面頂板來壓對礦山安全生產具有重要意義。在目前的機械化開採條件下，液壓支架已經得到了普遍的使用，工作面頂板來壓對於煤礦生產的危害已經很小，但是在煤礦生產過程中，掌握礦壓特徵顯現規律，對採場頂板來壓的預測預報、巖層移動的計算與控制具有重要作用；對地質條件較為複雜的特殊礦井而言，工作面頂板來壓及破斷的監測工作，仍然需要引起足夠的重視，這些特殊礦井包括煤與瓦斯突出礦井、頂板厚度大且硬度高的礦井、衝擊礦壓災害較為嚴重的礦井等，就目前的煤礦生產而言，監測工作面頂板來壓的方法主要有兩類：1.人工觀察測量法，根據工作面煤壁片幫狀況和頂板斷裂發出的聲響頻率等來判斷工作面頂板來壓強度，這種方法定性判斷頂板的來壓行為，由於受主客觀因素的影響，監測精度差，並且常由於人為因素帶來較大的誤差。2.液壓支架工作阻力監測法，通過監測液壓支架的工作阻力變化來監測工作面頂板來壓，並以此為基礎確定來壓步距，這種方法通過實測來壓期間的液壓支架工作阻力平均值除以非來壓期間支架工作阻力平均值來確定來壓強度，顯然，這種方法所監測到的支架工作阻力並不能直接反應老頂的來壓情況，所以，以此確定的來壓強度和來壓步距也存在較大誤差。綜上所述，目前，現有技術中還沒有一種可以及時準確監測工作面頂板來壓的監測方法。

技術實現要素：
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種工作面頂板來壓及破斷的監測方法，該方法可以對工作面來壓狀況進行實時監測，降低常規來壓監測方法所帶來的誤差，能夠在惡劣的環境中快速、準確地對井下工作面頂板來壓進行監測，並且反饋及時，能夠有效減少因工作面頂板來壓引起的煤礦頂板安全事故，從而降低了礦井及工人的生命和財產損失。為解決上述技術問題，本發明提供一種工作面頂板來壓及破斷的監測方法，包括以下步驟：步驟一：選擇垂直鑽孔底部位置，根據地質綜合柱狀圖中各分層的巖性，選擇煤層基本頂中較為穩定的部分作為鑽孔底部；步驟二：鑽孔布置，工作面運輸平巷和工作面迴風平巷掘進完成後，在工作面運輸平巷和工作面迴風平巷的頂部分別打對稱分布的垂直鑽孔至選定的鑽孔底部位置；步驟三：在鑽孔底部安裝振動加速度傳感器，此時兩個對稱鑽孔形成一條監測線，用來監測一個來壓步距內工作面基本頂來壓情況；步驟四：沿工作面推進方向，監測線間距選定為基本頂來壓步距；步驟五：選擇振動信號採集與分析系統，對同一監測線中的兩個振動加速度傳感器所得數據取平均值；並通過數據處理得到振動信號時頻、能量信息，從而得到來壓強度、頂板下沉量的信息；步驟六：根據工作面頂板來壓情況，及時調整工作面支護條件，直到工作面推進一個來壓步距，然後監測系統更換為下一監測線繼續工作。振動加速度傳感器為礦用本安類型。所述振動加速度傳感器通過磁力吸座、螺釘或粘接劑安裝在鑽孔底部。來壓步距的計算公式如下：式中：ai0——現有工作面的來壓步距；wi0——現有工作面的邊-長係數；lm——頂板的步距準數；其次，將lm和待求的工作面面長b代入公式(2)中，即得所求來壓步距。本發明針對目前煤礦井下工作面來壓監測不及時、不準確的背景下，利用振動加速度傳感器對工作面來壓狀況進行實時監測，在工作面兩巷頂部分別打垂直鑽孔至煤層基本頂，並在鑽孔底部安裝振動加速度傳感器，此兩個對稱鑽孔形成一條監測線，用來監測一定時期內工作面前方基本頂來壓情況，按照一定間距在兩巷中布置類似監測線鑽孔，監測線間距為基本頂來壓步距，此步距可根據本採區相鄰工作面或本礦井中相鄰採區工作面基本頂來壓步距進行估算，將此方法配備相應的採集與分析系統，使其能夠對振動信號進行時頻分析，根據時頻規律特徵對不同活動進行區分並進行能量分析，從而得到反映工作面頂板來壓的有用信息，最後得出實時來壓強度及頂板下沉量；該方法對於工作面頂板來壓的監測實時性強、連續性好、可靠性高，改變了傳統頂板來壓監測方法的局限性，具有廣泛的實用性，為煤礦井下安全生產提供指導。附圖說明圖1是沿工作面推進方向鑽孔布置示意圖；圖2是垂直工作面推...