反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法与流程

1.本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法。


背景技术：

2.如图1和图2所示，工作面回采后顶板发生“o-x”型破断，形成关键块a、b、c三部分(以下简称为块体a、块体b和块体c)，端头顶板主要指块体b，块体b破断的时机和位置对于传统巷道影响不大，但对于沿空留巷巷道，很大程度影响巷旁充填体强度和卸压方式的选择，因此，需要对破断的时机和位置进行探测。
3.顶板的结构无法直接进行探测。有些学者对破断跨度进行了理论计算，认为跨度接近于顶板周期来压步距。有些学者通过井下和地面打钻进行钻孔窥视，通过窥视测量破断的位置，但存在一定问题，一方面顶板垮落后钻孔发生变形，打钻困难，窥视难以实现；另一方面打钻具有一定的盲目性，打钻位置不一定恰好处于断裂的位置，导致造价较高。
4.因此，需要捕捉顶板超前、滞后断裂位置，顶板的垮落为分次垮落，还需对垮落的时机进行实时监测。


技术实现要素：

5.本发明提供一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，用以解决现有技术中“o-x”型破断的时机和位置难以探测和掌握的缺陷。
6.本发明提供一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，包括：
7.通过向工作面煤体处打孔，在不同层位顶板安装锚固件，对锚固件的深基点位移变化进行监测，得到第一变化数据；
8.测量位于支架后方采空区应力计的变化，得到第二变化数据，从而监测沿工作面走向和倾向的断裂位置；
9.监测煤柱侧距离巷道的不同距离的多个位置的应力变化，得到第三变化数据；
10.通过所述第一变化数据、所述第二变化数据和所述第三变化数据反演端头顶板的破断规律。
11.根据本发明提供的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，所述通过向工作面煤体处打孔，在不同层位顶板安装锚固件，对锚固件的深基点位移变化进行监测，得到第一变化数据具体为：
12.对于超前、滞后的断裂位置捕捉，通过向工作面煤体处打孔，在不同层位顶板安装锚爪，利用钢丝绳一端连接到锚爪，钢丝绳另一端连接到孔口位置的深基点位移计，从而记录锚爪处顶板位移，通过监测得到的深基点位移量确定顶板断裂、运移规律。
13.根据本发明提供的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，所述通过向工作面煤体处打孔具体为：距工作面切眼设定距离处布置第一测站，并间隔设定距离布置第二测站；在每个测站内分别向顶板打多个钻孔，每个钻孔内安装多个深基点位移计。
14.根据本发明提供的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，距工作面切眼300米处布置第一测站，间隔50米布置第二测站。
15.根据本发明提供的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，在所述第一测站和所述第二测站内分别向顶板打七个钻孔，且每个所述钻孔内安装2至4个深基点位移计。
16.根据本发明提供的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，所述钻孔的仰角取值范围在35
°
～74
°
之间。
17.根据本发明提供的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，所述测量位于支架后方采空区应力计的变化，得到第二变化数据，从而监测沿工作面走向和倾向的断裂位置具体为：
18.在支架中间埋设第一应力计，监测走向和倾向的断裂；当顶板发生破断后，会对所述第一应力计产生冲击，通过所述第一应力计的示数变化，监测断裂的时间和位置。
19.根据本发明提供的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，还包括：在所述第一应力计的外侧设置保护装置，保证所述第一应力计的监测和数据传输稳定。
20.根据本发明提供的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，所述监测煤柱侧距离巷道的不同距离的多个位置的应力变化，得到第三变化数据具体为：
21.通过在煤柱侧距离巷道2米、4米、6米的位置钻孔并在孔内设置第二应力计，通过所述第二应力计监测得到的数据反演得到顶板的断裂位置。
22.根据本发明提供的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，还包括：在煤柱侧的孔内设置钻孔窥视仪，对煤柱侧顶板进行窥视。
23.本发明提供的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，监测顶板上部的深基点位移变化，监测采空区和实体煤柱侧的应力变化，通过监测得到的三种数据的变化反演端头顶板的破断规律。本发明提供了端头顶板两侧断裂的判定方式，通过采空区应力变化的监测，可以监测顶板的分次破断。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是顶板“o-x”型破断的平面示意图；
26.图2是顶板“o-x”型破断的剖面图；
27.图3是本发明提供的向工作面煤体处打孔以及深基点位移计的安装位置示意图；
28.图4是本发明提供的在支架处安装第一应力计的安装位置示意图；
29.图5是本发明提供的在煤柱侧安装第二应力计的安装位置示意图。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳
动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.下面结合图3-图5描述本发明的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法。该反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法包括利用三种监测数据来反演端头顶板的破断规律，其具体包括：
32.第一方面，通过向工作面煤体处打孔，在不同层位顶板安装锚固件，对锚固件的深基点位移变化进行监测，得到第一变化数据，以此判断断裂高度和工作面侧断裂位置；
33.第二方面，测量位于支架后方采空区应力计的变化，得到第二变化数据，从而监测沿工作面走向和倾向的断裂位置，以此判断断裂走向和倾向范围；
34.第三方面，监测煤柱侧距离巷道的不同距离的多个位置的应力变化，得到第三变化数据，以此判断煤柱侧受力；
35.通过第一变化数据、第二变化数据和第三变化数据反演端头顶板的破断规律。
36.本发明提供的一种反演沿空留巷端头顶板断裂位置的方法，监测顶板上部的深基点位移变化，监测采空区和实体煤柱侧的应力变化，通过监测得到的三种数据的变化反演端头顶板的破断规律。本发明提供了端头顶板两侧断裂的判定方式，通过采空区应力变化的监测，可以监测顶板的分次破断。
37.在本发明的其中一个实施例中，在第一方面判断断裂高度中，其具体的施工方式为：对于超前、滞后的断裂位置捕捉，通过向工作面煤体处打孔，在不同层位顶板安装锚爪，利用钢丝绳一端连接到锚爪，钢丝绳另一端连接到孔口位置的深基点位移计，从而记录锚爪处顶板位移，通过监测得到的深基点位移量确定顶板断裂、运移规律。具体来说，当顶板发生“o-x”型破断时，锚爪位置产生变化，该位置变化由深基点位移计进行监测，通过深基点位移计监测到的前后位移变化量从而判断顶板断裂的位置以及运移规律。
38.在本发明的其中一个实施例中，通过向工作面煤体处打孔具体为：距工作面切眼设定距离处布置第一测站，并间隔设定距离布置第二测站；在每个测站内分别向顶板打多个钻孔，每个钻孔内安装多个深基点位移计。具体来说，如图3所示，距工作面切眼300米处布置第一测站，间隔50米布置第二测站；在每个测站内分别向顶板打七个钻孔，且每个钻孔内安装2至4个深基点位移计，钻孔的仰角取值范围在35
°
～74
°
之间，且所有钻孔尽量布置在一个垂直断面内，无水平摆角。根据经验，预计破断的位置高度和水平距离不超过20米。每个测站总共布置20个深基点检测位置，每一个检测位置对应设置一个锚爪和一个深基点位移计，当顶板破断旋转后，引起锚爪移动，产生变形，通过深基点位移计监测这种位移变化。在20个深基点位置上，对比不同位置的深基点位移计的监测结果的变化，其中变化最明显或最不明显的一个或几个可以初步判断为顶板破裂的大致方位，而顶板破裂发生的时机也是根据深基点位移的变化发生时刻进行判断的。
39.在本发明的其中一个实施例中，在第二方面判断断裂走向和倾向范围中，其具体的施工方式为：在支架中间埋设第一应力计，监测走向和倾向的断裂；当顶板发生破断后，会对第一应力计产生冲击，通过第一应力计的示数变化，监测断裂的时间和位置。具体来说，第一应力计的安装位置如图4所示，当顶板发生破断后，会对支架上的第一应力计产生冲击，根据第一应力计的示数变化，监测断裂的时间和位置。进一步地，在支架靠近工作面推进方向一侧的底板岩层中开挖安装槽；将第一应力计放置于安装槽中；在安装槽中位于第一应力计上方及周边缝隙内填充覆盖物。
40.在本发明的其中一个实施例中，在第一应力计的外侧设置保护装置，保证第一应力计的监测和数据传输稳定。由于采空区顶板垮落后会造成应力的损坏，需要对其进行保护，保证应力计的监测和数据传输稳定。其具体方式可以通过上述实施例的在第一应力计上方及周边填充覆盖物，也可以采用具有良好支撑和保护功能的盒子保护第一应力计和连接线材，也可以采用无线传输的方式。
41.在本发明的其中一个实施例中，在第三方面判断煤柱侧受力中，其具体的施工方式为：通过在煤柱侧距离巷道2米、4米、6米的三个位置钻孔并在孔内分别设置第二应力计，通过所述第二应力计监测得到的数据反演得到顶板的断裂位置。当块体a和块体b发生破断时，根据悬臂梁理论，在悬臂铰结点处力矩为0，此时对下方煤柱的压力最低，因此以钻孔处第二应力计读数降低的位置作为判别破断位置依据，读数降低最大的位置则可以初步判断为破断最为明显的位置。根据现场经验，破断位置不超过6米，因此在2米、4米和6米位置分别设置第二应力计。
42.在本发明的其中一个实施例中，在第三方面中，还包括：在煤柱侧的孔内设置钻孔窥视仪，对煤柱侧顶板进行窥视。由于煤柱侧的顶板较为完整，此时可以配合钻孔窥视仪进行顶板窥视。
43.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。