一种煤矿地下开采中冲击地压危险性的监测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤矿地下开采中冲击地压危险性的监测方法。
【背景技术】
[0002]冲击地压是煤矿地下工程和岩石力学领域的世界级科学难题。煤炭浅部资源日益枯竭，逐渐转入深部开采已成为必然趋势。深部开采，煤岩体所处的动力环境条件越加复杂，矿山压力显现更加频繁，将会有更多的矿井的煤层具有冲击地压危险性，也会使深部冲击地压的破坏强度更大。
[0003]冲击地压的有效治理是进行安全开采的前提，而冲击地压危险性的准确监测是防治工作的首要任务。目前冲击地压危险性的监测包括区域监测和点监测，采用的方法主要有电磁辐射法、微震监测法、地音监测法、采动应力监测法和钻肩量指标法等。随着开采深度的增加，在具体实施过程中需要采取2种或2种以上的监测措施，存在投入成本高，操作困难，有的措施现场施工不便，且受周围环境因素干扰影响严重(如放炮、打钻、轨道运输等)的问题，监测结果存在严重误差，预测准确性低，导致解危实施的效果差。因此需建立一种适用于矿井冲击地压危险性预测的简单实用、设备造价低、易于操作的监测方法。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种煤矿地下开采中冲击地压危险性的监测方法，目的是通过矿山煤岩体中放射性气体的氡浓度变化作为冲击地压预测的前兆信息，提出一种新的，成本低廉、易于操作、不受环境干扰、预测准确率高的冲击地压危险性监测方法。
[0005]实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行:
(1)布置氡浓度监测的探测孔:
煤矿地下开采过程中形成完整的开采系统工作面，依据开采系统应力分布特征，在距工作面130?170m的强冲击地压危险区的两侧布置2个探测孔，其中第I个探测孔布置距工作面< 10m处，第2个探测孔布置在距工作面彡200m处；
(2)布置氡浓度测量仪:
将监测氡浓度的传感器安置于两个探测孔内的煤岩体深部，传感器从围岩压力变化下的岩体中获取氡气体浓度，采用聚氨酯发泡材料和封孔器对探测孔进行封孔处理；
(3)监测氡浓度变化:
将两个探测孔内监测氡浓度的传感器返回的氡浓度量值数据记录下来，每隔10~15min记录一次，对Ih内的监测数据取平均值，作为监测样本数据，连续监测直到工作面开采完毕；
(4)根据监测样本数据判断冲击地压危险性概率:
根据两个探测孔内监测到的岩体内释放的氡浓度量值数据变化趋势，判断冲击地压发生的危险性概率；
其中，当近工作面的第I个探测孔内，岩体中氡浓度监测样本数据随时间出现降低趋势，代表发生冲击地压的概率变大，同时在远离工作面的第2个探测孔的氡浓度监测样本数据随时间出现升高趋势，代表发生冲击地压的概率变大；
当两个探测孔的氡浓度监测样本数据随时间未发生变化，那么工作面为安全开采工作面；
当发生冲击地压概率变大时，采取局部解危措施卸压解危，直至探测孔内的氡浓度恢复稳定平衡态。
[0006]与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是:
(1)本发明方法解决了通常冲矿井击地压危险性监测中存在信息干扰、投入成本高等问题，提出了一种简单实用、设备成本低、易于操作的监测方法；
(2)本发明利用煤岩体中氡气体的释放量作为冲击地压危险性预测的前兆信息，通过对矿井煤岩体的氡浓度变化的监测，实现了冲击地压危险性的准确预测；
(3)本发明在利用氡浓度变化对矿井冲击地压危险性准确预测基础上，提前采取局部卸压解危措施，实现了工作面的安全回采。
【附图说明】
[0007]图1为本发明的煤矿地下开采中冲击地压危险性的监测方法中探测孔布置示意图；
图中:上顺槽；2:煤体；3:强冲击地压危险区；4:工作面；5:采空区；6:探测孔；7:计数仪；8:传感器；9:应力集中区；10:下顺槽；
CD对应位置为压缩区；AC和BD对应位置为卸载区；
图2为图1中的强冲击地压危险区岩体受力状态的纵切面图；
其中:丨代表矿山压力作用方向；一代表氡气移动方向；Rn代表氡气浓度；
图3为强冲击地压危险区发生冲击地压时岩体受力分布变化图；
其中:P代表极限应力；
图4为强冲击地压危险区发生冲击地压时氡气浓度分布变化图；
图5为冲击低压发生后氡气浓度分布图。
【具体实施方式】
[0008]本发明实施例中采用的测量氡气的传感器型号为FD-3017A型RaA测氡仪。
[0009]本实施例技术方案按照以下步骤进行:
(I)布置氡浓度监测的探测孔:
煤矿地下开采过程中形成完整的开采系统工作面，如图1所示，包括完整的上顺槽1、下顺槽10、采空区5、工作面4和煤体2，依据开采系统应力分布特征，形成了强冲击地压危险区3，并划分出了压缩区CD和卸载区AC、BD ；
在强冲击地压危险区3的两侧布置2个探测孔6，其中第I个探测孔布置距工作面60m处，第2个探测孔布置在距工作面250m处，探测孔6直径42mm，仰角为3° -5°，根据巷道围岩应力分布状态，探孔深度为巷道宽度的3?5倍，10?15m ； (2)布置氡浓度测量仪:
将监测氡浓度的传感器8安置于两个探测孔6内的煤岩体深部，传感器8从围岩压力变化下的岩体中获取氡气体浓度，采用聚氨酯发泡材料和封孔器对探测孔6进行封孔处理，封孔长度多8m;
(3)监测氡浓度变化:
将两个探测孔内监测氡浓度的传感器8返回的氡浓度量值数据记录下来，每隔10~15min记录一次，对Ih内的监测数据取平均值，作为监测样本数据，连续监测直到工作面开采完毕；
(4)根据监测样本数据判断冲击地压危险性概率:
根据两个探测孔内监测到的岩体内释放的氡浓度量值数据变化，判断冲击地压发生的危险性概率；
其中，如图2所示，岩体在矿山压力的作用下，产生2个特殊的区域，压缩区CD和卸载区AC和BD，在矿山压力载荷升高的条件下，压缩区CD内出现大量的裂纹并伴有氡气在裂纹内的聚集，与此同时，裂纹产生变形并使氡“压出”沿着一方向由压缩区进入卸载区，如图4所示，压缩区CD的氡浓度继续降低，而卸载区的氡浓度继续增加，当载荷继续增大，将进一步导致压缩区的氡浓度降低和卸载区的氡浓度增大，当某一时间处的矿山压力值超过极限应力的最大值时，在强冲击地压危险区3内将发生冲击地压，如图3所示，在这种情况下，压缩区引起的裂纹急剧增多，并且氡气开始向一的向反方向移动，使压缩区内氡浓度增加，压缩区在冲击地压发生后成为了实际的卸载区，如图5所示，逐渐两个区域内的氡浓度返回到了初始状态；
因此，当近工作面的第I个探测孔内，岩体中氡浓度监测样本数据随时间出现降低趋势，代表发生冲击地压的概率变大，同时在远离工作面的第2个探测孔的氡浓度监测样本数据随时间出现升高趋势，代表发生冲击地压的概率变大；
当两个探测孔的氡浓度监测样本数据随时间未发生变化，那么工作面为安全开采工作面；
当发生冲击地压概率变大时，采取局部解危措施卸压解危，直至探测孔内的氡浓度恢复稳定平衡态。
【主权项】
1.一种煤矿地下开采中冲击地压危险性的监测方法，其特征在于按照以下步骤进行: (1)布置氡浓度监测的探测孔: 煤矿地下开采过程中形成完整的开采系统工作面，依据开采系统应力分布特征，在强冲击地压危险区的两侧布置2个探测孔，其中第I个探测孔布置距工作面< 10m处，第2个探测孔布置在距工作面多200m处； (2)布置氡浓度测量仪: 将监测氡浓度的传感器安置于两个探测孔内的煤岩体深部，传感器从围岩压力变化下的岩体中获取氡气体浓度，对探测孔进行封孔处理； (3)监测氡浓度变化: 将两个探测孔内监测氡浓度的传感器返回的氡浓度量值数据记录下来，每隔10~15min记录一次，对Ih内的监测数据取平均值，作为监测样本数据，连续监测直到工作面开采完毕； (4)根据监测样本数据判断冲击地压危险性概率: 根据两个探测孔内监测到的岩体内释放的氡浓度量值数据变化趋势，判断冲击地压发生的危险性概率； 其中，当近工作面的第I个探测孔内，岩体中氡浓度监测样本数据随时间出现降低趋势，代表发生冲击地压的概率变大，同时在远离工作面的第2个探测孔的氡浓度监测样本数据随时间出现升高趋势，代表发生冲击地压的概率变大； 当两个探测孔的氡浓度监测样本数据随时间未发生变化，那么工作面为安全开采工作面； 当发生冲击地压概率变大时，采取局部解危措施卸压解危，直至探测孔内的氡浓度恢复稳定平衡态。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿地下开采中冲击地压危险性的监测方法，其特征在于所述的强冲击地压危险区距工作面130~170m。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿地下开采中冲击地压危险性的监测方法，其特征在于所述的封孔处理采用聚氨酯发泡材料和封孔器。
【专利摘要】本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤矿地下开采中冲击地压危险性的监测方法。本发明是在强冲击地压危险区的两侧布置2个探测孔，将监测氡浓度的传感器安置于两个探测孔内的煤岩体深部，传感器从围岩压力变化下的岩体中获取氡气体浓度，将两个探测孔内监测氡浓度的传感器返回的氡浓度量值数据记录下来，每隔10-15min记录一次，对1h内的监测数据取平均值，作为监测样本数据，连续监测直到工作面开采完毕，根据两个探测孔内监测到的岩体内释放的氡浓度量值数据变化趋势，判断冲击地压发生的危险性概率。本发明方法解决了通常冲矿井击地压危险性监测中存在信息干扰、投入成本高等问题，是一种简单实用、设备成本低、易于操作的预测方法。
【IPC分类】E21B47-06
【公开号】CN104832163
【申请号】CN201510258123
【发明人】兰天伟
【申请人】辽宁工程技术大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月20日