一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法技术

一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，具体为：首先，在巷道内使用钻机向巷道煤壁打钻，记录排出的煤粉量和对应的钻孔深度；其次，绘制煤粉量与钻孔深度的关系曲线，求得巷道破碎区半径和软化区半径；然后，根据煤体软化模量指数公式计算打钻处的实际煤体软化模量指数，判断煤体冲击倾向性；进而，以此方法测得整个采区或采面的煤体冲击倾向性分布情况。本发明专利技术的创新之处在于直接在煤矿井下测量求得煤体冲击倾向性，弥补了实验室检测煤体冲击倾向性方法存在的测试结果与实际结果偏差大、难以代表现场实际值的不足，特别适用于软弱煤体无法取样的情况。

A method of judging the impact tendency by measuring the softening modulus index of coal mass

A method of judging the impact tendency by measuring the softening modulus index of coal body on the spot is as follows: firstly, drilling the coal wall of the roadway with a drilling rig, recording the amount of pulverized coal discharged and the corresponding depth of the borehole; secondly, drawing the relationship curve between the amount of pulverized coal and the depth of the borehole, obtaining the radius of the roadway fracture zone and the softening zone. Then, according to the formula of coal softening modulus index, the actual coal softening modulus index at the drilling site is calculated to judge the coal impact tendency, and then, the distribution of coal impact tendency in the whole mining area or face is measured by this method. The invention is innovative in obtaining the coal body impact tendency directly in the underground coal mine, making up for the shortcomings of large deviation between the test result and the actual result in the laboratory detection method of coal body impact tendency, and difficult to represent the actual value on the spot, especially suitable for the situation that the weak coal body can not be sampled.

【技术实现步骤摘要】
一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法
本专利技术涉及一种煤矿井下煤体冲击倾向性检测方法，具体为一种通过井下现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法。
技术介绍
随着煤矿开采深度的增大，冲击地压越来越严重。冲击地压的发生常造成巷道坍塌、支架破坏，严重威胁到煤矿井下工作人员的生命安全。煤体软化模量指数Kλ是煤体压缩应力应变曲线中强度峰值后软化模量λ与峰值强度前弹性模量E的比值(即Kλ＝λ/E)，是煤体的固有性质，是衡量煤体冲击倾向性强弱的一个重要指标，也是判断井下冲击危险性的主要依据。现有的煤体软化模量指数测量方法是通过在实验室对煤样进行压缩试验，获取煤样的应力应变曲线，从而得到软化模量λ与弹性模量E的，其存在的问题是：从煤矿井下采取煤样，再经过切割、研磨等工序加工成标准煤体试件，力学性质会受到很大的影响；再者，煤矿井下采区范围很大，但选取煤样的位置和取得的量非常少，特别是对于煤这种非均质、非连续且各向异性的材料，煤块与煤体的力学性质差别很大，因此，取样的测试结果是无法代表整个采区的煤体性质的。另外，还有某些矿井煤质较软，难以取出或切割加工出比较完整的煤块。这些问题导致煤体软化模量指数的求取、冲击倾向性鉴定以及冲击地压危险性评价都存在很大的缺陷。因此，专利技术一种通过井下现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法有很大现实意义和创新价值。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，其专利技术原理及方法如下：假设井下煤体中开挖的巷道半径为ρa，远场应力为σ，开挖引起巷道周围应力集中并超过了煤体强度σc，产生半径为ρ的塑性区(亦为软化区)。当远场应力σ达到巷道围岩稳定的临界应力值时，围岩受扰动突发失稳，进而发生巷道冲击地压破坏，此为冲击地压扰动响应失稳理论的基本思路。基于上述理论有：1)当远场应力达到临界应力σcr时，塑性区半径ρ达到临界值ρcr，则临界塑性区半径与巷道半径之比临界应力与围岩强度之比2)当远场应力σ超过临界应力σcr但巷道未发生冲击时，巷道周围产生的破碎区半径为ρb，此时即软化模量指数故通过在巷道中向围岩打钻，监测煤粉量及其与孔深的关系，可测得巷道半径ρa、破碎区半径ρb以及软化区半径ρcr，进而计算软化模量指数Kλ。判断巷道围岩煤体冲击倾向性，当Kλ＜1.0时，煤体无冲击倾向性；当1.0≤Kλ＜2.5时，煤体具有弱冲击倾向性；当2.5≤Kλ＜5.0时，煤体具有中等倾向性；当Kλ≥5.0时，煤体具有强冲击倾向性。根据采区各点冲击倾向性绘制冲击倾向性分布等值线图。本专利技术通过上述原理及方法，能够更加接近实际的检测煤体软化模量指数，进而判断煤体冲击倾向性，解决现有技术中存在的对于煤体冲击倾向性评价准确性低的问题。为了实现上述目的，本专利技术创造采用的技术方案为：一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，其步骤为：1)在巷道内，用钻机向巷道煤壁打钻，同时收集从钻孔内排出的煤粉，每进钻1m记录一次排出的煤粉质量；2)测量打钻处的巷道半径ρa，当钻进深度达到巷道半径ρa的5倍时可停止打钻，撤出钻杆；3)绘制煤粉质量与钻进深度的关系曲线，求取曲线中煤粉质量突然急剧增大的转折点处对应的钻杆钻进深度b和煤粉质量最大处对应的钻杆钻进深度c；进而，钻进深度b与巷道半径ρa之和为巷道破碎半径ρb，钻进深度c与巷道半径ρa之和为巷道软化区半径ρcr；4)根据式计算得出煤体软化模量指数Kλ；5)判断煤体冲击倾向性：①当Kλ＜1.0时，煤体无冲击倾向性；②当1.0≤Kλ＜2.5时，煤体具有弱冲击倾向性；③当2.5≤Kλ＜5.0时，煤体具有中等冲击倾向性；④当Kλ≥5.0时，煤体具有强冲击倾向性；6)根据步骤5)中得到的采区各点冲击倾向性，绘制冲击倾向性分布等值线图。所述的煤粉质量还可以为煤粉体积，当测量煤粉的体积时，步骤3)中绘制煤粉体积与钻进深度的曲线。煤粉体积突然急剧增大的转折点处对应的钻杆钻进深度与巷道半径ρa之和为巷道破碎区半径ρb，煤粉体积最大处对应的钻杆钻进深度与巷道半径ρa之和为巷道软化区半径ρcr。本专利技术创造的有益效果为：本专利技术与现有技术相比，提供一种通过井下现场测量煤体软化模量指数判断煤体冲击倾向性的方法，解决了实验室中检测煤样冲击倾向性的结果与实际现场煤体的差别大，不具代表性这一问题，对于更准确的检测煤体冲击倾向性、评价冲击地压危险性和冲击地压防治具有重要意义。附图说明图1为本专利技术的一种煤体冲击倾向性测试方法的示意图。图2为本专利技术的一种煤体冲击倾向测试方法的测试曲线示意图。图3为本专利技术的一种煤体冲击倾向性测试装置的结构示意图。图中：1—巷道半径ρa；2—破碎区半径ρb；3—钻孔直径d；4—钻进深度h；5—软化区半径ρcr；6—巷道；7—煤壁；8—钻杆；9—钻机。具体实施方式一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，其步骤为：1)在巷道内，用钻机向巷道煤壁打钻，同时收集从钻孔内排出的煤粉。每进钻1m记录一次排出煤粉的质量。2)测量打钻处的巷道半径ρa，当钻进深度达到巷道半径ρa的5倍时可停止打钻，撤出钻杆。3)绘制煤粉质量与钻进深度的关系曲线，求取曲线中煤粉质量突然急剧增大的转折点处对应的钻杆钻进深度b和煤粉质量最大处对应的钻杆钻进深度c。进而，钻进深度b与巷道半径ρa之和为巷道破碎区半径ρb，钻进深度c与巷道半径ρa之和为巷道软化区半径ρcr。4)根据式计算得煤体软化模量指数Kλ。5)判断巷道围岩冲击倾向性①当Kλ＜1.0时，煤体无冲击倾向性；②当1.0≤Kλ＜2.5时，煤体具有弱冲击倾向性；③当2.5≤Kλ＜5.0时，煤体具有中等冲击倾向性；④当Kλ≥5.0时，煤体具有强冲击倾向性；6)根据步骤5)中得到的采区各点冲击倾向性，绘制冲击倾向性分布等值线图。所述的煤粉质量还可以为煤粉体积，当测量煤粉的体积时，步骤3)中绘制煤粉体积与钻进深度的曲线。煤粉体积突然急剧增大处对应的钻杆钻进深度与巷道半径ρa之和为巷道破碎区半径ρb，煤粉体积最大处对应的钻杆钻进深度与巷道半径ρa之和为巷道软化区半径ρcr。实施例1参照附图1、图2、图3所示的一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法和数据处理方法，按以下步骤操作：1)在巷道内，用钻机9通过钻杆8向巷道6的煤壁7打钻，同时收集从钻孔内排出的煤粉，每进钻1m记录一次排出煤粉的质量。2)测量打钻处的巷道半径ρa1，当钻进深度4达到巷道半径ρa1的5倍时可停止打钻，撤出钻杆8。3)绘制煤粉质量与钻进深度4的关系曲线，测量巷道半径ρa1为2.5m，破碎区半径ρb2为5m，软化区半径ρcr5为6m。4)根据式计算得出煤体软化模量指数Kλ。5)判断煤体冲击倾向性，当Kλ＜1.0时，煤体无冲击倾向性；当1.0≤Kλ＜2.5时，煤体具有弱冲击倾向性；当2.5≤Kλ＜5.0时，煤体具有中等冲击倾向性；当Kλ≥5.0时，煤体具有强冲击倾向性；故当Kλ＝2.27时，煤体具有弱冲击倾向性。6)根据步骤5)中得到的采区各点冲击倾向性，绘制冲击倾向性分布等值线图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，其步骤为：1)在巷道内，用钻机向巷道煤壁打钻，同时收集从钻孔内排出的煤粉，每进钻1m记录一次排出的煤粉质量；2)测量打钻处的巷道半径ρa，当钻进深度达到巷道半径ρa的5倍时可停止打钻，撤出钻杆；3)绘制煤粉质量与钻进深度的关系曲线，求取曲线中煤粉质量突然急剧增大的转折点处对应的钻杆钻进深度b和煤粉质量最大处对应的钻杆钻进深度c；进而，钻进深度b与巷道半径ρa之和为巷道破碎半径ρb，钻进深度c与巷道半径ρa之和为巷道软化区半径ρcr；4)根据式

【技术特征摘要】
1.一种通过现场测量煤体软化模量指数判断冲击倾向性的方法，其步骤为：1)在巷道内，用钻机向巷道煤壁打钻，同时收集从钻孔内排出的煤粉，每进钻1m记录一次排出的煤粉质量；2)测量打钻处的巷道半径ρa，当钻进深度达到巷道半径ρa的5倍时可停止打钻，撤出钻杆；3)绘制煤粉质量与钻进深度的关系曲线，求取曲线中煤粉质量突然急剧增大的转折点处对应的钻杆钻进深度b和煤粉质量最大处对应的钻杆钻进深度c；进而，钻进深度b与巷道半径ρa之和为巷道破碎半径ρb，钻进深度c与巷道半径ρa之和为巷道软化区半径ρcr；4)根据式计算得出煤体软化模量指数Kλ；5)判断煤体冲击倾向性：①当Kλ＜1.0时，煤体无冲击倾向性；②当1.0≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘一山，朱小景，李祁，马箫，肖永惠，罗浩，徐连满，李国臻，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21