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一种基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法.pdf

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一种 基于 原位 声波 测试 巷道 分类 方法
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摘要
申请专利号:

CN201610751900.9

申请日:

2016.08.28

公开号:

CN106483197A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

实审

?#34892;?#24615;:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G01N 29/07申请日:20160828|||公开
IPC分类号: G01N29/07; G01N29/04 主分类号: G01N29/07
申请人: ?#19981;?#29702;工大学
发明人: 刘钦节; 杨科; 华心祝; 李迎富; 李志华; 杨朋
地址: 232001 ?#19981;?#30465;淮南市舜耕中路168号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 合肥市长远专利代理事务所(普通合伙) 34119 代理人: 程笃庆;黄乐瑜
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法律状态
申请(专利)号:

CN201610751900.9

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,在巷道掘进工作面后方的底板上钻取钻孔,在钻孔内测试不同深度的初始声波速度V0,根据V0对岩体强度进行分类,然后在后续巷道掘进过程中任一时间,在钻孔内测试各地层的待测声波速度Vp,根据采动影响指数与V0和Vp之间的函数关系,得出采动影响指数,从而对围岩进行分类。本发明提出的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,通过测试分析采矿过程中巷道底板岩层的波速分布规律及其变化特征,将巷道底板岩体按照硬度和采动影响情况分类,从而为控制底鼓方法的选择提供基础。

权利要求书

1.一种基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,其特征在于,包括下列步骤:
S1、在初始时间T0,在当前巷道掘进工作面后方的底板上钻取至少一个钻孔;
S2、在S1的钻孔内测试不同深度的初始声波速度V0,根据V0对岩体强度进行分类;
S3、在后续巷道掘进过程中任一时间T1,在S1的钻孔内测试各地层的待测声波速度Vp;
S4、基于S2和S3中得到的初始声波速度和待测声波速度,根据采动影响指数与V0和Vp
之间的函数关系,得出采动影响指数K,并且根据K对围岩进行分类。
2.根据权利要求1所述的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,其特征在于,在S1
中,在钻孔内安装护孔套管,且通过水泥砂浆将所述护孔套管与所述初始钻孔内壁及底板
固定。
3.根据权利要求2所述的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,其特征在于,在S1
中,所述钻孔的深度为L1,所述护孔套管的长度为L2,L1:L2=(3-5):1;优选地,在S1中,所
述钻孔的深度为10-15?#31069;?#19988;所述钻孔的?#26412;?#20026;0.07-0.08米。
4.根据权利要求1所述的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,其特征在于,钻取多
个钻孔,测试每个钻孔的Vn0和Vnp,其中n为自然数。
5.根据权利要求1所述的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,其特征在于,在S2
中,当V0>4800时,则将岩体分类为坚硬岩;当3500<V0<4800时,则将岩体分类为硬岩;当
2500<V0<3500时,则将岩体分类为中软岩;当1500<V0<2500时,则将岩体分类为软岩;
当V0<1500时,则将岩体分类为极软岩。
6.根据权利要求1所述的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,其特征在于,在S4
中,通过将V0和Vp代入下列公式,计算采动影响指数K:
K=[(VP-V0)/V0]2。
7.根据权利要求6所述的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,其特征在于,在S4
中,当K>0.7时,则采动影响程度为强烈;当0.4<K<0.7时,则采动影响程度为较强;当0.1
<K<0.4时,则采动影响程度为中等;当K<0.1时,则采动影响程度为?#20808;酢?br />
8.根据权利要求1所述的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,其特征在于,在S2
中,对在钻孔内不同深度测得的多个初始声波速度V0m进行均值及均方差的统计分析,从而
对岩体强度进行初步分类,其中m为自然数。
9.根据权利要求1所述的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,其特征在于,在S3
中,分别在掘进影响稳定期、工作面回采初期和回采影响稳定期测试待测声波速度Vpx,其
中x为自然数,并且在S4中得出相应Kx。

说明书

一种基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法

技术领域

本发明涉及矿产能源及深部岩土工程生产技术领域,尤其涉及一种基于原位声波
测试的巷道底鼓分类方法。

背景技术

我国多数煤矿地质条件复杂,深部围岩地应力大,围岩地质力学环境差,支护结构
体承载能力低,且受采动影响强烈,特别是随着我国煤矿开采技术的不断进步,矿井不断向
现代化、大型化发展,开采设备正越来越大型化,矿井也必须增加巷道断面,才能满足煤炭
运输、大型设备使用、通风等方面的需要。随着开采深度和巷道断面的加大,巷道围岩变形
破坏?#29616;兀?#23548;致巷道围岩变形量显著增加,围岩控制难度增高,极易发生底鼓、顶板剧烈下
沉、冒顶塌落等失稳破坏现象,尤其是底鼓对安全高效生产影响更为?#29616;兀?#20351;得巷道断面缩
小,阻碍运输、通风和人员行走,因底鼓而造成巷道报废的现象时有发生,已成为深部巷道
矿压显现的重要特征。所有巷道当中,回采巷道的围岩条件、应力状况最为复杂,加上较软
弱的底板岩层及工作面超前支承压力的影响,底鼓现象更为普遍,几乎所有回采巷道均存
在不同程度的底鼓。因此,对底鼓的?#34892;?#25511;制已成为深部矿井开采过程中急待解决的技术
难题。

虽然,国内外专家学者对底鼓的机理及其控制方法进行了大量深入的研究工作,
试验成功了很多控制底鼓的方法与措施,主要有如下几类:(1)加固法,如底板注浆、底板锚
杆、封闭式支架、砌碹及混凝土反拱等;(2)卸压法,即通过切缝等一些方法使原来连续的岩
体处于不连续状态,使底板岩体处于应力?#26723;?#21306;,从而保持底板的稳定,具体方法有底板切
缝、两帮切缝、钻孔、松动 爆破及卸压煤柱等;(3)巷旁充填法,该方法与卸压煤柱相似,首
先把巷道两帮一定范围内的煤采出,再填入充填材料,要求充填材料既有一定的支护阻力
又有一定的让压性能,目的在于使巷帮应力向深?#23380;?#31227;,达到控制底鼓的目的;(4)联合控
制法,即根据具体工程条件,综合采用上述两种或多种技术进行控制。

这些底鼓控制措施均?#35272;?#20110;不同的工程地质条件,原理也不尽相同,需要根据实
际岩层物理力学参数、应力状态及其受采动影响情况等,开展深入的底鼓控制技术适用性
研究并对提出有针对性的控制措施和参数。然而,由于矿井地质条件复杂,开拓开采布局各
异,而且受到观测手段的限制,当前缺乏快速、系统的测试研究方法与手段。现有技术常用
的设计与控制思路是,首先采用现场取?#23613;?#23460;内加工试样并测试分析获得底板岩层物理力
学参数,然后依据该测试参数结合矿井地质条件进行围岩控制方法初选与设计计算,最后
进行现场施工并监测控制效果,进而对设计计算参数进行完善与优化。主要问题表现在三
个方面:其一,取芯测试样品数量少、代表性不强,且加工测试成本高、时效性差、效?#23454;停?#19981;
能直接、快速地应用到巷道底鼓控制设计计算中去;其二,室内实验测试改变了岩石原有的
地?#22987;?#21463;力环境,而且受到?#23435;?#25200;动较大,极大地改变了围岩原有的属性,致使测试数据可
靠程度不高;其三,不能实时快速地?#20174;?#24055;道附近采矿活动对巷道的影响情况,致使原有设
计计算与工程实际存在较大差异。因此,目前煤矿巷道底鼓控制设计很大程度上?#35272;?#20110;工
程技术人员的工程判断和实践经验,具有一定的盲目性,导致实际生产?#34892;?#22810;巷道底鼓控
制效果不佳,?#34892;?#35774;计参数偏于保守,造成?#29616;?#28010;费;而另有一些巷道围岩变形控制不住,
?#29616;?#21046;约着矿井安全高效开采水平的提高。

发明内容

为解决背景技术中存在的技术问题,本发明提出一种基于原位声波测试的巷道底
鼓分类方法。

本发明提出的一种基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,包括下列步骤:

S1、在初始时间T0,在当前巷道掘进工作面后方的底板上钻取至少一个钻孔;

S2、在S1的钻孔内测试不同深度的初始声波速度V0,根据V0对岩体强度进行分类;

S3、在后续巷道掘进过程中任一时间T1,在S1的钻孔内测试各地层的待测声波速
度Vp;

S4、基于S2和S3中得到的初始声波速度和待测声波速度,根据采动影响指数与V0
和Vp之间的函数关系,得出采动影响指数K,并且根据K对围岩进行分类。

优选地,在S1中,在钻孔内安装护孔套管,且通过水泥砂浆将所述护孔套管与所述
初始钻孔内壁及底板固定。

优选地,在S1中,所述钻孔的深度为L1,所述护孔套管的长度为L2,L1:L2=(3-5):
1。

优选地,在S1中,所述钻孔的深度为10-15?#31069;?#19988;所述钻孔的?#26412;?#20026;70-80毫米。

优选地,钻取多个钻孔,测试每个钻孔的Vn0和Vnp,其中n为自然数。

优选地,在S2中,当V0>4800时,则将岩体分类为坚硬岩;当3500<V0<4800时,则
将岩体分类为硬岩;当2500<V0<3500时,则将岩体分类为中软岩;当1500<V0<2500时,
则将岩体分类为软岩;当V0<1500时,则将岩体分类为极软岩。

优选地,在S4中,通过将V0和Vp代入下列公式,计算采动影响指数K:

K=[(VP-V0)/V0]2。

优选地,在S4中,当K>0.7时,则采动影响程度为强烈;当0.4<K<0.7时,则采动
影响程度为较强;当0.1<K<0.4时,则采动影响程度为中等;当K<0.1时,则采动影响程度
为?#20808;酢?br />

优选地,在S2中,对在钻孔内不同深度测得的多个初始声波速度V0m进行均值及均
方差的统计分析,从而对岩体强度进行初步分类,其中m为自然数。

本发明中,所提出的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,在巷道掘进工作面
后方的底板上钻取钻孔,在钻孔内测试不同深度的初始声波速度V0,根据V0对岩体强度进
行分类,然后在后续巷道掘进过程中任一时间,在钻孔内测试各地层的待测声波速度Vp,根
据采动影响指数与V0和Vp之间的函数关系,得出采动影响指数,从而对围岩进行分类。通过
上述优化设计的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,通过测试分析采矿过程中巷道底
板岩层的波速分布规律及其变化特征,将巷道底板岩体按照硬度和采动影响情况分类,从
而为控制底鼓方法的选择提供基础。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示,图1为本发明提出的一种基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法的流
程图。

参照图1,本发明提出的一种基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,包括下列步
骤:

S1、在初始时间T0,在当前巷道掘进工作面后方的底板上钻取至少一个钻 孔;

S2、在S1的钻孔内测试不同深度的初始声波速度V0,根据V0对岩体强度进行分类;

S3、在后续巷道掘进过程中任一时间T1,在S1的钻孔内测试各地层的待测声波速
度Vp;

S4、基于S2和S3中得到的初始声波速度和待测声波速度,根据采动影响指数与V0
和Vp之间的函数关系,得出采动影响指数K,并且根据K对围岩进行分类。

在本实施例中,所提出的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,在巷道掘进工
作面后方的底板上钻取钻孔,在钻孔内测试不同深度的初始声波速度V0,根据V0对岩体强
度进行分类,然后在后续巷道掘进过程中任一时间,在钻孔内测试各地层的待测声波速度
Vp,根据采动影响指数与V0和Vp之间的函数关系,得出采动影响指数,从而对围岩进行分
类。通过上述优化设计的基于原位声波测试的巷道底鼓分类方法,通过测试分析采矿过程
中巷道底板岩层的波速分布规律及其变化特征,将巷道底板岩体按照硬度和采动影响情况
分类,从而为控制底鼓方法的选择提供基础。

在具体实施方式中,为了保证钻孔孔口的稳定性及后续测试安全,在钻孔内安装
护孔套管,且通过水泥砂浆将所述护孔套管与所述初始钻孔内壁及底板固定。

在进一步实施方式中,所述钻孔的深度为L1,所述护孔套管的长度为L2,L1:L2=
(3-5):1,所述钻孔的深度为10-15?#31069;?#19988;所述钻孔的?#26412;?#20026;70-80毫米。

在其他具体实施方式中,根据初始测试速度V0对岩体硬度进行分类时,在S2中,当
V0>4800时,则将岩体分类为坚硬岩;当3500<V0<4800时,则将岩体分类为硬岩;当2500
<V0<3500时,则将岩体分类为中软岩;当1500<V0<2500时,则将岩体分类为软岩;当V0
<1500时,则将岩体分类为极软岩。

在S4中,通过将V0和Vp代入下列公式,计算采动影响指数K:

K=[(VP-V0)/V0]2。

根据采动影响指数K对岩体围体硬度进行具体分类时,当K>0.7时,则采动影响程
度为强烈;当0.4<K<0.7时,则采动影响程度为较强;当0.1<K<0.4时,则采动影响程度
为中等;当K<0.1时,则采动影响程度为?#20808;酢?br />

在具体实施中,可对不同类别下巷道底鼓特征及机理进行研究分析,分别针对不
同类别下的底鼓机理提出加固法、卸压法、巷旁充填法或综合法控制技术,为实现快速有
序、安全高效的矿井生产提供保障。

为了提高岩体类型分析的精确度,在其他具体实施方式中,在S2中,还测量钻孔内
的声波时差,根据声波时差和初始声波速度进行岩体声波特性分析。

在其他具体实施方式中,为了提高巷道底鼓分类的精确度,在巷道掘进初期进行
钻取初始钻孔,在初始钻孔内不同深度测得V0m,然后在掘进影响稳定期、工作面回采初期
及回采影响稳定期分别测试V1Px、V2Px、V3Px,从而得到声波沿待测钻孔深度变化曲线,并
计算多个Kx。

在另一具体实施方式中,在巷道掘进过程中钻取多个钻孔,测试每个钻孔的Vn0和
Vnp,其中n为自然数,提高V0和VP的测量精?#21462;?br />

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,
任?#38382;?#24713;本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变,?#21152;?#28085;盖在本发明的保护范围之内。

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