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一种煤岩体应力特征指标快速智能测定方法.pdf

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一种 煤岩体 应力 特征 指标 快速 智能 测定 方法
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摘要
申请专利号:

CN201610854320.2

申请日:

2016.09.27

公开号:

CN106483580A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01V 9/00申请日:20160927|||公开
IPC分类号: G01V9/00 主分类号: G01V9/00
申请人: 西安科?#21363;?#23398;
发明人: 董国伟
地址: 710000 陕西省西安市雁塔路58号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 济南舜源专利事务所有限公司 37205 代理人: 张亮
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法律状态
申请(专利)号:

CN201610854320.2

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2019.02.26|||2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供一种煤岩体应力特征指标快速智能测定方法,煤岩体应力特征指标快速智能测定方法基于煤层瓦斯地质图、煤矿监控系统瓦斯浓度值,通过数学方法处理、系统开发,可解决地质异常区域应力无法测定问题,实现煤岩体应力快速智能反映。

权利要求书

1.一种煤岩体应力特征指标快速智能测定方法,包括以下步骤:
S1:基于煤层瓦斯地质图,分析煤层地形地表变化情况、地质构造分布情况、煤层赋存
分布情况、瓦斯含量分布情况,并基于煤矿监控系统,收集煤巷掘进瓦斯浓度数据,作为提
取煤岩体应力特征指标的基础资料,并且应力特征指标用于煤巷掘进和瓦斯灾害防治;
收集的数据包括:
(1)收集矿井煤层瓦斯地质图,首先摸清矿井地形地表变化情况、煤层埋深情况,定性
了解自重应力分布情况;其次摸清矿井地质构造,如断层,褶曲分布情况,定性了解构造应
力分布情况;再者摸清煤层瓦斯含量或抽采后瓦斯含量分布情况,了解煤层瓦斯含量对煤
巷掘进瓦斯浓度值大小影响;另外摸清煤层赋存分布情况,定性了解煤层厚度变化对应力
影响;最后摸清煤体破坏类?#22270;?#24378;度情况,了解煤体破坏类?#22270;?#24378;度对煤巷掘进瓦斯浓度
值大小影响;
(2)收集煤巷掘进监控系统瓦斯浓度数据,瓦斯浓度大小受煤层赋存分布、煤体结构、
瓦斯含量及应力大小影响,提取其中受应力大小影响特征定量反映煤体应力变化;
(3)了解煤层整体应力分布、瓦斯含量分布、煤层赋存分布情况及煤体破坏类?#22270;?#24378;度
资料为煤巷瓦斯浓度提取煤岩体应力提供参考;
S2:选取多条掘进煤巷,获取煤巷掘进瓦斯浓度数据及供风量数据,并分析其与多个影
响因素关联;
分别计算多条煤巷一?#38382;?#38388;内的移动平均瓦斯浓度,分析多条煤巷移动平均瓦斯浓度
数据与风量、瓦斯含量、所处区域应力情况、煤层赋存分?#25216;?#29028;体破坏类型、强度关联性,确
定主要影响因素,为后续获取的定量应力特征指标σT提供参考;
S3:依据煤体瓦斯吸附解吸规律、矿压显现规律可知,煤巷掘进瓦斯浓度信息中,煤岩
体应力特征指标影响可通过一?#38382;?#38388;内的瓦斯浓度波动幅度判断;
煤巷掘进采动后,应力重新调整,应力越大调整越剧烈,造成瓦斯涌出波动幅度也越剧
烈,为用瓦斯浓度波动幅度表现应力大小提供了可能,地质异常区域,?#28909;?#29028;层赋存变化剧
烈、地质构造附近、顶底板变化区域,瓦斯波动幅度越大;
S4:定义煤岩体应力特征指标σT=采用某个时间?#25991;?#37319;动后瓦斯浓度波动值的几何平
均值÷瓦斯浓度移动平均值的比值,比值计算可以消除瓦斯含量差异影响,反映煤层赋存
变化剧烈、地质构造附近、顶底板变化区域造成的应力差异影响;
煤岩体应力特征指标σT,时间段为6小时或8小时工作时间?#25991;?#37319;动后瓦斯浓度波动范
围时间,瓦斯浓度移动平均值取30天内的移动平均值,(i为6小
时或8小时工作时间?#25991;?#37319;动后瓦斯浓度波动?#27573;?#26102;间);
S5:应力特征指标σT?#28798;?#22686;大或减小区域为重点关注区域,并通过与煤层赋存分布、地
质构造分?#21152;?#21709;因素进行相互验证;对煤巷掘进支护而言,需重点加强支护参数设计,对瓦
斯灾害而言,需加强防?#26410;?#26045;;
S6:依据应力特征指标定义,开发煤矿监控系统瓦斯浓度数据采集及应力特征指标计
算系统,进行指标快速、智能测定,并与传统应力测定互补应用,建立矿井煤岩体地应力及
应力特征指标等值线图。

说明书

一种煤岩体应力特征指标快速智能测定方法

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯防治领域,尤其涉及一种煤岩体应力特征指标快速智能测定
方法。

背景技术

从能源需求角度看,我国以煤炭为主的能源格局短时间内不会改变,煤炭比重较
长时间内将保持在50%左右,且煤炭开采95%左右以地下井工开采为主。目前,煤炭开采以
每年10~20m的速度向深部延伸,深部开采在将逐渐成为常态,地应力在煤矿围岩支护、灾
害防治?#26800;?#20316;用比重越来越大。针对煤岩体不均匀性、各向异性特点,虽然已经形成了相对
成熟的应力测试方法及手段,但现有应力测定技术费力、耗时且地质条件较差时无法测定,
这就造成井下围岩支护、灾害防治越需要应力参数数据时,越无法提供,而且目前为止尚无
一种智能、快速测定应力方法及技术装备。

因此急需一种煤岩体应力快速智能测定方法。

发明内容

为了克服上述现有技术?#26800;?#19981;足,本发明的目的在于,提供一种煤岩体应力特征
指标快速智能测定方法,包括以下步骤:

S1:基于煤层瓦斯地质图,分析煤层地形地表变化情况、地质构造分布情况、煤层
赋存分布情况、瓦斯含量分布情况,并基于煤矿监控系统,收集煤巷掘进瓦斯浓度数据,作
为提取煤岩体应力特征指标的基础资料,并且应力特征指标主要用于煤巷掘进和瓦斯灾害
防治;

主要收集数据及用处:

(1)收集矿井煤层瓦斯地质图,首先摸清矿井地形地表变化情况、煤层埋深情况,
定性了解自重应力分布情况;其次摸清矿井地质构造,如断层,褶曲分布情况,定性了解构
造应力分布情况;再者摸清煤层瓦斯含量或抽采后瓦斯含量分布情况,了解煤层瓦斯含量
对煤巷掘进瓦斯浓度值大小影响;另外摸清煤层赋存分布情况,定性了解煤层厚度变化对
应力影响;最后摸清煤体破坏类?#22270;?#24378;度情况,了解煤体破坏类?#22270;?#24378;度对煤巷掘进瓦斯
浓度值大小影响;

(2)收集煤巷掘进监控系统瓦斯浓度数据,瓦斯浓度大小主要受煤层赋存分布、煤
体结构、瓦斯含量及应力大小影响,提取其中受应力大小影响特征可定量反映煤体应力变
化;

(3)宏观了解煤层整体应力分布、瓦斯含量分布、煤层赋存分布情况及煤体破坏类
?#22270;?#24378;度资料可为煤巷瓦斯浓度提取煤岩体应力提供参考。

S2:选取多条掘进煤巷,获取煤巷掘进瓦斯浓度数据及供风量数据,并分析其与多
个影响因素关联;

首先分别计算多条煤巷一?#38382;?#38388;内的移动平均瓦斯浓度,分析多条煤巷移动平均
瓦斯浓度数据与风量、瓦斯含量、所处区域应力情况、煤层赋存分?#25216;?#29028;体破坏类型、强度
等关联性,确定主要影响因素,为后续获取的定量应力特征指标σT提供参考。

S3:依据煤体瓦斯吸附解吸规律、矿压显现规律可知,煤巷掘进瓦斯浓度信息中,
煤岩体应力特征指标影响可通过一?#38382;?#38388;内的瓦斯浓度波动幅度判断;

煤巷掘进采动后,应力重新调整,应力越大调整越剧烈,造成瓦斯涌出波动幅度也
越剧烈,为用瓦斯浓度波动幅度表现应力大小提供了可能,地质异常区域,?#28909;?#29028;层赋存变
化剧烈、地质构造附近、顶底板变化区域,瓦斯波动幅度越大。

S4:定义煤岩体应力特征指标σT=采用某个时间?#25991;?#37319;动后瓦斯浓度波动值的几
何平均值÷瓦斯浓度移动平均值的比值,比值计算可以消除瓦斯含量差异影响,仅仅反映
煤层赋存变化剧烈、地质构造附近、顶底板变化区域等造成的应力差异影响。

煤岩体应力特征指标σT,时间段为6小时或8小时工作时间?#25991;?#37319;动后瓦斯浓度波
动?#27573;?#26102;间,瓦斯浓度移动平均值取30天内的移动平均值,(i为
6小时或8小时工作时间?#25991;?#37319;动后瓦斯浓度波动?#27573;?#26102;间)。

S5:应力特征指标σT?#28798;?#22686;大或减小区域为重点关注区域,并通过与煤层赋存分
布、地质构造分布等影响因素进行相互验证;对煤巷掘进支护而言,需重点加强支护参数设
计,对瓦斯灾害而言,需加强防?#26410;?#26045;;

S6:依据应力特征指标定义,开发煤矿监控系统瓦斯浓度数据采集及应力特征指
标计算系统,进行指标快速、智能测定,并与传统应力测定互补应用,建立矿井煤岩体地应
力及应力特征指标等值线图。

从以上技术方案可以看出,本发明具有以下优点:

煤岩体应力特征指标快速智能测定方法基于煤层瓦斯地质图、煤矿监控系统,通
过数学方法处理、系统开发,可解决地质异常区域应力无法测定问题,实现煤岩体应力快
速、智能反映。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对描述中所需要使用的附图作简单
地介绍,显而易见地,下面描述?#26800;?#38468;图仅仅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。

图1为煤岩体应力特征指标快速智能测定方法的流程图;

图2为煤岩体应力特征指标快速智能测定方法实施例的流程图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将运用具体的
实施例及附图,对本发明保护的技术方?#38468;?#34892;清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施
例仅仅是本发明一部?#36136;?#26045;例,而非全部的实施例。基于本专利?#26800;?#23454;施例,本领域普通技
术人员在没有做出创造性劳动前提?#28388;?#33719;得的所有其它实施例,都属于本专利保护的范
围。

本实施例提供一种煤岩体应力特征指标快速智能测定方法,如图1和2所示,包括
以下步骤:

S1:基于煤层瓦斯地质图,分析煤层地形地表变化情况、地质构造分布情况、煤层
赋存分布情况、瓦斯含量分布情况,并基于煤矿监控系统,收集煤巷掘进瓦斯浓度数据,作
为提取煤岩体应力特征指标的基础资料,并且应力特征指标主要用于煤巷掘进和瓦斯灾害
防治;

主要收集数据及用处:

(1)收集矿井煤层瓦斯地质图,首先摸清矿井地形地表变化情况、煤层埋深情况,
定性了解自重应力分布情况;其次摸清矿井地质构造,如断层,褶曲分布情况,定性了解构
造应力分布情况;再者摸清煤层瓦斯含量或抽采后瓦斯含量分布情况,了解煤层瓦斯含量
对煤巷掘进瓦斯浓度值大小影响;另外摸清煤层赋存分布情况,定性了解煤层厚度变化对
应力影响;最后摸清煤体破坏类?#22270;?#24378;度情况,了解煤体破坏类?#22270;?#24378;度对煤巷掘进瓦斯
浓度值大小影响;

(2)收集煤巷掘进监控系统瓦斯浓度数据,瓦斯浓度大小主要受煤层赋存分布、煤
体结构、瓦斯含量及应力大小影响,提取其中受应力大小影响特征可定量反映煤体应力变
化;

(3)宏观了解煤层整体应力分布、瓦斯含量分布、煤层赋存分布情况及煤体破坏类
?#22270;?#24378;度资料可为煤巷瓦斯浓度提取煤岩体应力提供参考。

S2:选取多条掘进煤巷,获取煤巷掘进瓦斯浓度数据及供风量数据,并分析其与多
个影响因素关联;

首先分别计算多条煤巷一?#38382;?#38388;内的移动平均瓦斯浓度,分析多条煤巷移动平均
瓦斯浓度数据与风量、瓦斯含量、所处区域应力情况、煤层赋存分?#25216;?#29028;体破坏类型、强度
等关联性,确定主要影响因素,为后续获取的定量应力特征指标σT提供参考。

?#28909;?#20113;南某矿,通过煤层多条巷道一?#38382;?#38388;内的移动瓦斯浓度数据差异与风量、
瓦斯含量、所处区域应力情况、煤层赋存分?#25216;?#29028;体破坏类型、强度等关联性分析,发现断
层分布情况差异造成不同巷道移动瓦斯浓度数据差异。

S3:依据煤体瓦斯吸附解吸规律、矿压显现规律可知,煤巷掘进瓦斯浓度信息中,
煤岩体应力特征指标影响可通过一?#38382;?#38388;内的瓦斯浓度波动幅度判断;

煤巷掘进采动后,应力重新调整,应力越大调整越剧烈,造成瓦斯涌出波动幅度也
越剧烈,为用瓦斯浓度波动幅度表现应力大小提供了可能,地质异常区域,?#28909;?#29028;层赋存变
化剧烈、地质构造附近、顶底板变化区域,瓦斯波动幅度越大。

S4:定义煤岩体应力特征指标σT=采用某个时间?#25991;?#37319;动后瓦斯浓度波动值的几
何平均值÷瓦斯浓度移动平均值的比值,比值计算可以消除瓦斯含量差异影响,仅仅反映
煤层赋存变化剧烈、地质构造附近、顶底板变化区域等造成的应力差异影响。

煤岩体应力特征指标σT,时间段为6小时或8小时工作时间?#25991;?#37319;动后瓦斯浓度波
动?#27573;?#26102;间,瓦斯浓度移动平均值取30天内的移动平均值,(i为
6小时或8小时工作时间?#25991;?#37319;动后瓦斯浓度波动?#27573;?#26102;间)。

S5:应力特征指标σT?#28798;?#22686;大或减小区域为重点关注区域,并通过与煤层赋存分
布、地质构造分布等影响因素进行相互验证;对煤巷掘进支护而言,需重点加强支护参数设
计,对瓦斯灾害而言,需加强防?#26410;?#26045;;

?#28909;?#20113;南某矿?#31243;?#29028;巷正常地段炮掘后5?#31181;?#20869;瓦斯浓度波动值的几何平均值为
0.64%,30天移动平均为0.43%,则应力特征指标为σT=0.64%/0.43%=1.49,断层影响
区域炮掘后5?#31181;?#20869;瓦斯浓度波动值的几何平均值为0.82%,30天移动平均为0.43%,则应
力特征指标为σT=0.82%/0.43%=1.91,通过大量数值收集,就可以通过应力特征指标预
测前方地质异常造成的应力变化,进而指导支护设计或瓦斯灾害防治。

S6:依据应力特征指标定义,开发煤矿监控系统瓦斯浓度数据采集及应力特征指
标计算系统,进行指标快速、智能测定,并与传统应力测定互补应用,建立矿井煤岩体地应
力及应力特征指标等值线图。

通过软件开发,实现应力特征指标自动计算、智能绘制等值线图,并超前预测前方
地质异常造成的应力变化,并可与传统应力测定互补应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他
实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部?#21482;?#30456;参考即可。

?#36816;?#20844;开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来?#21040;?#26159;显而易见的,本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或?#27573;?#30340;情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明
将不会被限制于本文所?#38236;?#36825;些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的?#27573;А?br />

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