一种窗口介入法判断三硬煤层冲击危险性的方法与流程

本发明属于煤矿开采技术领域，具体为一种窗口介入法判断三硬煤层冲击危险性的方法。

背景技术：

采场坚硬顶板导致的冲击地压显现占据较大比重，且其危险区域亦较大、强度普遍较高。如果煤层、顶板、底板三者均为坚硬岩层（三硬煤层），则冲击危险会急剧增大，属于最难防控的冲击灾害之一。这种类型冲击地压主要是因为顶板断裂运动驱动煤体压缩造成能量释放所致的，三硬煤层的最大特点是脆性破坏明显，顶板作为力源存在于煤层之上，底板作为基础限制煤层运动，煤层被夹持作用。如果煤层强度高、均质度高，则冲击类型主要为主震型，这个类型的冲击危险性预测极其困难。如何进行三硬煤层冲击地压危险性预测，是煤矿面临的重大技术难题。

目前，该类冲击地压危险性预测跟一般工作面基本一致，主要包括微震、钻屑法、电磁辐射、应力在线、矿压观测等，其针对性、可靠性较差。由于坚硬顶板会造成大面积悬顶，一旦顶板断裂，会引发悬顶的剧烈运动，硬煤的脆性会造成弹性能突然释放。目前采取断顶技术，但断顶难以达到充分，且断顶效果难以判定。

到目前为止，还没有针对三硬煤层的具体条件，对冲击危险性形成针对性、具体性的预测方法。特别是坚硬顶板高位悬顶条件下，当悬顶结构发生大面积失稳断裂运动时，会导致大面积、高级别冲击能量释放，发生破坏性冲击地压可能性急剧增加。常规方法的常规监测技术很难定量预警三硬煤层冲击危险性，且事先难以预知悬顶结构造成的静态危险分布。需要进行人工介入方法，打破煤层高均质性特性，进行冲击危险性前兆信息的提前预知。

技术实现要素：

（一）解决的技术问题

本发明的目的是针对三硬煤层条件下冲击危险难以量化预测的情况，提出一种人为窗口介入技术与脆性变形监测相结合的判断冲击危险的方法。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种工作面侧向坚硬顶板诱发冲击地压的预测方法，包括如下步骤：

步骤一、危险区域确定：根据煤层具体条件、冲击地压影响因素、冲击地压危险性评价结果，结合具体监测数据，确定危险区域；

步骤二、人为窗口介入技术：侧对于三硬煤层采场，在煤层中并排打2个大直径钻孔，间距1-2m，然后在钻孔中间打小直径（42mm）钻孔，大直径钻孔作为介入窗口一部分，小直径钻孔是监测孔；

步骤三、窗口内煤层脆性变形判断冲击危险性：观测钻孔内安装主动承压式钻孔应力计，根据事先测试的与钻孔尺寸相同的煤柱试件脆性变形破坏极限尺寸，当钻孔变形超过脆性变形极限位移就视为危险。

本发明的积极效果是：

1、通过对具体三硬煤层采场的多因素冲击危险性分析和实际监测，确定冲击危险区域；

2、针对三高煤层的夹持效应，采取人为窗口介入技术，在测试钻孔周围打2个大直径钻孔，卸掉部分承载，使得测试钻孔静载相对增加，冲击危险性提前预知与放大；

3、通过对采场煤体等尺寸（与测试钻孔直径一致）试件的脆性变形破坏试验，获取极限脆性危险位移，然后测试钻孔位移变化，进行冲击危险性实时预警。

附图说明

图1是冲击危险区域示意图，图2钻孔窗口设计示意图，图3是煤体位移曲线。

具体实施方式

本发明实施例提供一种工作面侧向坚硬顶板诱发冲击地压的预测方法，包括步骤如下：

一、根据三硬煤层具体工作面地质开采条件、冲击地压危险性评价报告等资料，结合具体观测数据，确定冲击危险区域，见图1；

二、对冲击危险区域进行窗口钻孔施工，钻孔直径115mm，间距0.8-1.2m，深度8-10m，2钻孔之间打直径42mm的测试钻孔，深度略小于大直径钻孔，1是大直径孔，2是测试孔，见图2；

三、将承压钻孔应力计传感器安装在孔底，观测应力变化情况，根据应力-变形曲线换算成位移，依据等尺寸煤体试件获得的极限位移，判断冲击危险程度，s是预警线，见图3。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

1.一种窗口介入法判断三硬煤层冲击危险性的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、危险区域确定：根据煤层具体条件、冲击地压影响因素、冲击地压危险性评价结果，结合具体监测数据，确定危险区域；

步骤二、人为窗口介入技术：侧对于三硬煤层采场，在煤层中并排打2个大直径钻孔，间距1-2m，然后在钻孔中间打小直径（42mm）钻孔，大直径钻孔作为介入窗口一部分，小直径钻孔是监测孔；

步骤三、窗口内煤层脆性变形判断冲击危险性：观测钻孔内安装主动承压式钻孔应力计，根据事先测试的与钻孔尺寸相同的煤柱试件脆性变形破坏极限尺寸，当钻孔变形超过脆性变形极限位移就视为危险。

技术总结
本发明公开了一种窗口介入法判断三硬煤层冲击危险性的方法，包括如下步骤：步骤一、危险区域确定：根据煤层具体条件、冲击地压影响因素、冲击地压危险性评价结果，结合具体监测数据，确定危险区域；步骤二、人为窗口介入技术：侧对于三硬煤层采场，在煤层中并排打2个大直径钻孔，间距1‑2m，然后在钻孔中间打小直径（42mm）钻孔，大直径钻孔作为介入窗口一部分，小直径钻孔是监测孔；步骤三、窗口内煤层脆性变形判断冲击危险性：观测钻孔内安装主动承压式钻孔应力计，根据事先测试的与钻孔尺寸相同的煤柱试件脆性变形破坏极限尺寸，当钻孔变形超过脆性变形极限位移就视为危险。

技术研发人员：潘立友;陈建强;周脉来;毕强;陈理强
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：2020.12.18
技术公布日：2021.03.19