现场即时测试蠕变型冲击地压危险区域的方法

摘要

本发明公开了一种现场即时测试蠕变型冲击地压危险区域的方法，它首先在圈定的可能发生上述灾害区域的煤层巷道中，向煤体施工两个水平方向的钻孔，第一个钻孔安装钻孔应力计用于测试煤体垂直应力，第二个钻孔安装煤体蠕变测试系统用于测试煤体蠕变情况；当第二个钻孔发生蠕变，则圈定的区域就确定为将有发生蠕变冲击灾害的区域，否则圈定的区域不会发生蠕变冲击灾害。本发明根据蠕变力学原理，发明了一种简单、易行的现场即时判定蠕变冲击地压危险区域的方法，对于超深度矿井、巷道密集矿区、软岩与深部开采矿井，能全面判断蠕变型冲击地压的危险区域，对蠕变型冲击地压的危险区域划定具有积极作用。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域。

背景技术

随着煤矿开采深度的增加，冲击地压矿井和冲击煤层数量不断增加，冲击地 压灾害已严重制约着我国煤矿的安全生产。实践证明，随着煤层开采向深部发展， 越来越多深部矿井的冲击强度与频率呈现逐步增加的趋势，特别是深度超过 1000m的矿井，岩层相对较软、冲击危险性强的煤层，冲击地压发生的强度、破 坏范围、冲击波破坏力出现了显著变化特征，在没有扰动的条件下也会发生冲击 地压，这种类型的能量突然释放就是蠕变型冲击地压。这类冲击地压的预测与防 治有别于常规类型，如果开采边界复杂，自重应力场大，残余构造应力场存在， 这些多重因素的叠加作用，使煤(岩)体产生“强烈”的蠕变型破坏，如果再受 到工作面动态应力场的扰动作用，极易发生规模大、破坏严重的冲击地压。

超深部、高强冲击地压主要发生在巷道相对密集的区域，这些区域高应力分 布广、能量场范围大、煤岩冲击倾向性高，大多处于采区的准备巷道与采场空间 中。巷道掘进后，由于蠕变作用，会发生冲击。我国的一些老矿区，开采深度最 大已达到1200m，平均开采深度超过800m。因此，在现场能快速判断煤体的蠕变 分布，确定蠕变冲击危险区域，对防控煤体冲击灾害具有重要意义。

发明目的

本发明的目的是针对采深较大的煤矿发生蠕变型冲击地压灾害难以在现场 进行危险区域判定的现实，提出一种简单、易行的现场即时判定蠕变冲击地压危 险区域的方法，以便采取相应的预警措施，防止冲击地压灾害的发生。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种现场即时测试蠕变型冲击地压危险区域的方法，步骤如下：

第一步，在煤矿采区的准备巷道中，根据煤层赋存条件、巷道密集情况和深 度情况，确定存在高应力、高能量积聚的区域，该区域圈定为有可能发生蠕变冲 击灾害的区域；

第二步、在圈定的可能发生上述灾害区域的煤层巷道中，距离底板煤层巷道 1.5—1.8m的位置，向煤体施工两个水平方向的钻孔，第一个钻孔用于测试煤体 垂直应力，第二个钻孔用于测试煤体蠕变情况；要求孔径42mm、孔深一般超过 10m；

第三步，按照现有的煤体应力测试方法，向第一个钻孔安装钻孔应力计，测 试煤体的垂直应力；

第三步，布置煤体蠕变测试系统；煤体蠕变测试系统由一个能装在第二个钻 孔内的圆柱形柔性胶囊和钻孔外的带有压力表、流量表和溢流阀的加压装置所组 成；上述的圆柱形柔性胶囊一端设有排气阀，另一端设有连接口，胶囊轴线上设 有拉紧钢丝，在拉紧钢丝作用下只能径向膨胀；布置时首先将圆柱形柔性胶囊排 气阀打开，用高压软管与加压装置连接，启动加压装置，向圆柱形柔性胶囊充入 液体，同时将气体排出，待圆柱形柔性胶囊气体排空、液体充满时，同时关闭排 气阀和加压装置，再将充满液体的圆柱形柔性胶囊放入钻孔底部；

第四步，设置加压装置的工作压力，设定的工作压力等于煤体的垂直应力； 重新启动加压装置，向圆柱形柔性胶囊充入液体，此时圆柱形柔性胶囊开始膨胀， 逐步紧贴孔壁挤压煤体，加压装置的液体压力开始上升，加载到设定的工作压力 后，加压停止，开始观测记录压力表值变化情况，如果压力表值逐渐上升，说明 煤体出现变形，钻孔挤压圆柱形柔性胶囊使压力升高，这种变形就是蠕变；随着 时间推移这种压力升高现象如果持续下去，圈定的区域就确定为将有发生蠕变冲 击灾害的区域，否则圈定的区域不会发生蠕变冲击灾害。

本发明的积极效果是：根据蠕变力学原理，发明了一种简单、易行的现场即 时判定蠕变冲击地压危险区域的方法，对于超深度矿井、巷道密集矿区、软岩与 深部开采矿井，能全面判断蠕变型冲击地压的危险区域，对蠕变型冲击地压的危 险区域划定具有积极作用。

附图说明

下面结合附图说明本发明的实施。

图1是圈定测试区域图和钻孔布置图；

图2是测试系统示意图；

图3是煤体蠕变时的压力-时间坐标图。

图中，1-钻孔应力计，2-加压装置，3-流阀，4-流量表，5-压力表，6-高压 软管，7-连接口，8-圆柱形柔性胶囊，9-拉紧钢丝，10-排气阀。

具体实施方式

一种现场即时测试蠕变型冲击地压危险区域的方法，步骤如下：

在煤矿采区的准备巷道中，根据煤层赋存条件、巷道密集情况和深度情况， 确定存在高应力、高能量积聚的区域，该区域圈定为有可能发生蠕变冲击灾害的 区域；如图1所示的椭圆区域；

第二步、在圈定的可能发生上述灾害区域的煤层巷道中，距离底板煤层巷道 1.5—1.8m的位置，向煤体施工两个水平方向的钻孔，第一个钻孔用于测试煤体 垂直应力，第二个钻孔用于测试煤体蠕变情况；要求孔径42mm、孔深一般超过 10m；如图1所示的钻孔情况；

第三步，按照现有的煤体应力测试方法，向第一个钻孔安装钻孔应力计1， 测试煤体的垂直应力，如图2所示；

第三步，布置煤体蠕变测试系统；煤体蠕变测试系统由一个可按照在钻孔中 的圆柱形柔性胶囊8和带有压力表5、流量表4和溢流阀3的加压装置2所组成； 上述的圆柱形柔性胶囊8一端设有排气阀10，另一端设有连接口7，胶囊轴线上 设有拉紧钢丝9，在拉紧钢丝9作用下只能径向膨胀；布置时首先将圆柱形柔性 胶囊8排气阀10打开，用高压软管6与加压装置2连接，启动加压装置2，向圆 柱形柔性胶囊8充入液体，同时将气体排出，待圆柱形柔性胶囊8气体排空、液 体充满时，同时关闭排气阀10和加压装置2，再将充满液体的圆柱形柔性胶囊8 放入钻孔底部，如图2所示；

第四步，设置加压装置2的工作压力，设定的工作压力等于煤体的垂直应力； 重新启动加压装置2，向圆柱形柔性胶囊8充入液体，此时圆柱形柔性胶囊8开 始膨胀，逐步紧贴孔壁挤压煤体，加压装置2的液体压力开始上升，加载到设定 的工作压力后，停止加压，开始观测记录压力表值，如果压力表值逐渐上升，说 明煤体出现变形，挤压圆柱形柔性胶囊8使压力升高，这种变形就是蠕变；随着 时间推移这种压力升高现象如果持续下去，就确定圈定的为将要发生蠕变冲击灾 害的区域，否则为不会发生蠕变冲击灾害的区域。如图3所示，若出现曲线1情 况说明没有蠕变，若出现曲线2情况说明有蠕变现象。