一种开采保护层保护范围测定方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种开采保护层保护范围测定方法及系统，该方法包括：获取煤矿待测区域内保护层位置、被保护层位置以及保护层开采边界；在巷道内标注保护层的保护范围理论边界线；巷道位于被保护层内；被保护层位于保护层开采边界位置正下方；以保护范围理论边界线为中心，利用钻屑方法，标记位于巷道的巷帮上的钻屑孔，并获取钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围；根据每个钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围计算被保护层煤体的应力峰值大小，确定保护层的保护范围实际边界线。本发明专利技术实施例通过钻屑法监测数据，反推巷道煤体内的应力峰值大小，将对冲击地压影响最为直接的煤体应力变化，作为判断保护层保护效果的依据，使得保护层保护范围的确定更加准确和客观。

A method and system for measuring the protection range of mining protective layer

【技术实现步骤摘要】
一种开采保护层保护范围测定方法及系统
本专利技术涉及矿产开采
，尤其涉及冲击地压矿井中的一种开采保护层保护范围测定方法及系统。
技术介绍
保护层开采是区域性防治冲击地压最有效的举措之一，当被保护层中回采巷道布置合理时，可充分发挥保护层开采的卸压保护作用，有效降低被保护层采掘工作面冲击地压灾害的危险性。因此，保护层开采对煤矿冲击地压灾害防治、煤炭资源高效安全回采具有重要意义。开采保护层，也叫开采解放层，它是指首先开采与突出煤层邻近而又无突出危险的煤层(即保护层)，由于采动影响而使突出煤层瓦斯压力、瓦斯含量大幅降低，煤层透气性显著提高，大量高压瓦斯释放从而消除突出煤层的突出危险。开采保护层需要一定的适用条件，包括煤层间距、煤层赋存、瓦斯含量等条件，但最关键的是要明确保护层的保护范围。当前在煤与瓦斯突出的防治方面，保护层开采保护范围已有较为成熟的判别准则，如《AQ1050—2008保护层开采技术规范》就为煤与瓦斯突出中保护层开采提供相应的规范，其中残余瓦斯压力判别准则已得到了人们普遍认同和广泛应用。目前，冲击地压方面针对保护层的保护范围及效果还未有明确的判别方法和标准。由于冲击地压与瓦斯突出之间力源的差别，使得瓦斯方面的判别方法无法适用于冲击地压领域，这使得在冲击地压方面保护层的开采较为盲目缺乏指导性，造成保护层开采之后的卸压效果及卸压程度也无从判断。现有技术中，在冲击地压矿井保护范围的确定主要依据经验，而在保护范围边界区域不仅保护效果无法判断，而且该区域往往是上方残采煤柱的高应力影响区。因此，能够准确测定保护层的保护范围，对开采保护层防治冲击地压有着至关重要作用。
技术实现思路
本专利技术实施例提供开采保护层保护范围测定方法及系统，用以解决或部分解决现有技术中基于冲击地压防治的保护层保护范围测定不精确的缺陷。第一方面，本专利技术实施例提供一种开采保护层保护范围测定方法，包括：获取煤矿待测区域内保护层位置、被保护层位置以及保护层开采边界；在巷道内标注保护层的保护范围理论边界线。其中，巷道位于被保护层内；被保护层位于保护层开采边界位置正下方。以保护范围理论边界线为中心，利用钻屑法，标记位于巷道的巷帮上的钻屑孔，并获取钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围。根据每个钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围，计算被保护层的应力峰值大小，并确定保护层的保护范围实际边界线。第二方面，本专利技术实施例提供一种开采保护层保护范围测定系统，包括：定位单元，用于获取煤矿的保护层、被保护层以及保护层开采边界，并在巷道内，标注保护层的保护范围理论边界线。其中，巷道位于所述保护层开采边界位置的正下方的被保护层内。钻屑法执行单元，用于以保护范围理论边界线为中心，利用钻屑法，获取钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围。运算单元，用于根据每个钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围，确定保护层的保护范围实际边界线。第三方面，本专利技术实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行上述程序时实现上述开采保护层保护范围测定方法的步骤。第四方面，本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述开采保护层保护范围测定方法的步骤。本专利技术实施例提供的开采保护层保护范围测定方法及系统，通过钻屑法监测数据，反推巷道煤体内的应力峰值大小，将对冲击地压影响最为直接的煤体应力变化，作为判断保护层保护效果的准则，使得保护层保护范围的确定更加准确和客观。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例提供的开采保护层保护范围测定方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的开采保护层保护范围测定方法中巷道的巷帮部煤体内应力分布示意图；图3为本专利技术实施例提供的开采保护层保护范围测定方法中保护层和被保护层相对位置平面图；图4为本专利技术实施例提供的开采保护层保护范围测定方法中保护层和被保护层相对位置走向剖面图，其中示出了一种钻屑法的开孔方法；图5为本专利技术实施例提供的开采保护层保护范围测定方法中保护层和被保护层相对位置倾向剖面图，其中示出了一种钻屑法的开孔深度；图6为本专利技术实施例提供的开采保护层保护范围测定方法中，利用钻屑法确定钻屑孔位置塑性区范围示意图；图7为本专利技术实施例提供的开采保护层保护范围测定系统的结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种电子设备结构示意图；其中：1—保护层；2—被保护层；3—保护范围理论边界线；4—保护层已开采区域；5—被保护层内巷道；6—钻屑孔；11—未采保护层时巷帮煤体内应力分布曲线；12—开采保护层后巷帮煤体内应力分布曲线；Ⅰ—破裂区域；Ⅱ—塑性区域；Ⅲ—弹性区应力升高区域；Ⅳ—原岩应力区；σmax,i—应力峰值；σv—原岩应力；x0—塑性区至煤壁距离；δ—卸压角。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的一种开采保护层保护范围测定方法，包括但不限于以下步骤：步骤S1，获取煤矿待测区域内保护层位置、被保护层位置以及保护层开采边界。步骤S2，在巷道内标注保护层的保护范围理论边界线；其中，巷道位于被保护层内，被保护层位于保护层开采边界位置正下方。步骤S3，以保护范围理论边界线为中心，利用钻屑法，标记位于巷道的巷帮上的钻屑孔，并获取钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围。步骤S4，根据每个钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围，计算被保护层的应力峰值大小，并确定保护层的保护范围实际边界线。根据冲击地压发生机理，冲击地压发生与否与煤体中的应力大小直接相关，且一般位于巷帮煤体内的塑性区域分界处，即煤体内的应力峰值区域是造成冲击地压发生的最危险区域。对于被保护层的同一位置而言，当位于其上方的保护层被开采后，与其对应的巷帮煤体内的应力峰值会发生减小，其发生冲击地压的危险系数则会降低。因此，从被保护层中最易发生冲击地压的应力峰值区域考虑，当应力峰值得到明显降低时，保护层的保护效果才得以体现。如图2所示，其中示出了未开采保护层时巷帮煤体内应力分布曲线11(实线部分)与开采保护层后巷帮煤体内应力分布曲线12(虚线部分)。横轴方向上按煤矿区地质结构顺序依次为：被保护区、位于被保护层内的巷道、破裂区域、塑性区域、弹性区应力升高区域和原岩应力区；纵轴表示应力值的大小。通过上述保护层有无被开采的两种情况下的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开采保护层保护范围测定方法，其特征在于，包括：/n获取煤矿待测区域内保护层位置、被保护层位置以及保护层开采边界；/n在巷道内标注所述保护层的保护范围理论边界线；所述巷道位于所述被保护层内；所述被保护层位于所述保护层开采边界位置正下方；/n以所述保护范围理论边界线为中心，利用钻屑法，标记位于所述巷道的巷帮上的钻屑孔，并获取所述钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围；/n根据每个所述钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围，计算被保护层的应力峰值大小，确定所述保护层的保护范围实际边界线。/n

【技术特征摘要】
1.一种开采保护层保护范围测定方法，其特征在于，包括：
获取煤矿待测区域内保护层位置、被保护层位置以及保护层开采边界；
在巷道内标注所述保护层的保护范围理论边界线；所述巷道位于所述被保护层内；所述被保护层位于所述保护层开采边界位置正下方；
以所述保护范围理论边界线为中心，利用钻屑法，标记位于所述巷道的巷帮上的钻屑孔，并获取所述钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围；
根据每个所述钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围，计算被保护层的应力峰值大小，确定所述保护层的保护范围实际边界线。


2.根据权利要求1所述的开采保护层保护范围测定方法，其特征在于，所述在巷道内标注所述保护层的保护范围理论边界线，包括：
获取所述煤矿待测区域的层倾角和层间距；
基于所述层倾角和层间距，获取位于所述保护层开采边界的卸压角；
根据所述卸压角在所述巷道内标注所述保护层的保护范围理论边界线。


3.根据权利要求1所述的开采保护层保护范围测定方法，其特征在于，所述以所述保护范围理论边界线为中心，利用钻屑法，获取所述钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围，包括：
以所述保护范围理论边界线为中心，按设定间距开设设定数量的钻屑孔；
在开设每个所述钻屑孔的过程中，按设定深度分别记录不同深度区间的钻屑质量；其中，所述钻屑孔的开设方向为垂直于巷帮方向；
根据所述不同深度区间的钻屑质量分布情况获取所述钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围。


4.根据权利要求3所述的开采保护层保护范围测定方法，其特征在于，所述设定间距为10m，所述设定数量为10个，所述钻屑孔的孔径为42mm、孔深为15m，所述设定深度为0.5m。


5.根据权利要求3所述的开采保护层保护范围测定方法，其特征在于，所述根据所述不同深度区间的钻屑质量分布情况，获取所述钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围，包括：
根据所述不同深度区间的钻屑质量，绘制钻屑质量变化曲线；
基于所述钻屑质量变化曲线，获取钻屑质量为最大值时的所述区间深度；
基于所述区间深度获取所述钻屑孔处巷帮煤体的塑性区范围。


6.根据权利要求5所述的开采保护层保护范围测定方法，其特征在于，所述根据每...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦子晗，潘俊锋，夏永学，冯美华，刘少虹，杜涛涛，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11