煤层应力监测冲击地压临界预警指标值设置方法技术

本发明专利技术涉及矿山动力灾害监测预警领域，具体为一种煤层应力监测冲击地压临界预警指标值设置方法。该方法包括以下步骤：1、制作立方体煤块标准件、“缩短型应力计”；2、在立方体煤块中打孔、安装应力计；3、试验机对立方体煤块施加预载力；4、对应力计初始打压；5、分别按照单向压缩、循环加卸载方式进行测试；6、分析、总结煤体应力与钻孔应力线弹性阶段的函数关系，建立函数关系公式；7、提出煤层应力监测冲击地压临界预警值指标设置、修订方法。本发明专利技术解决了现有通过煤层钻孔应力监测预警冲击地压的方法矿间无差别、无实验室理论依据，不能差别化指导矿井进行监测预警的问题。化指导矿井进行监测预警的问题。化指导矿井进行监测预警的问题。

【技术实现步骤摘要】
煤层应力监测冲击地压临界预警指标值设置方法


[0001]本专利技术涉及煤矿安全监测
，特别是涉及一种煤层应力监测冲击地压临界预警指标值设置方法。

技术介绍

[0002]随着我国冲击地压形势的不断严峻，确保矿井安全回采已愈发重要。煤层应力监测作为矿井常用的冲击地压监测手段，运用越来越广泛，煤层应力监测冲击地压临界预警指标的合理设置有利于矿井科学、有效的防范冲击地压的发生。
[0003]但由于矿井条件的复杂性，煤层应力监测冲击地压的临界预警指标一直缺乏相应的理论依据，降低了煤层应力监测系统的科学、有效利用。因此，急需提出一套完整的煤层应力监测冲击地压临界预警值指标设置、修订方法，以指导矿井设置符合矿井实际的煤层应力监测冲击地压临界预警指标值。

技术实现思路

[0004]为了解决目前缺少煤层应力监测冲击地压临界预警值设置、修订的理论研究，不能科学的设置煤层应力监测冲击地压临界预警值，因此本专利技术提出了一种理论依据强、可以有针对性地指导矿井灾害防护，能够满足各矿井现场急需的煤层应力监测冲击地压临界预警指标值设置方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：
[0006]一种煤层应力监测冲击地压临界预警指标值设置方法，包括：
[0007](1)制作“缩短型应力计”[0008]根据矿用应力计制作实验室测试用的“缩短型应力计”；
[0009](2)测试n个“缩短型应力计”的性能
[0010]通过对矿用应力计和n个“缩短型应力计”进行测试，对比矿用应力计和n个“缩短型应力计”的应力时间曲线的相关性。若相关性差，则制作的“缩短型应力计”不可用于测试，需重新制作；若相关性强，则制作的“缩短型应力计”可用于测试；其中，n为正整数；
[0011](3)立方体煤块标准件制作
[0012]根据“缩短型应力计”直径、长度，反算立方体煤块的最小尺寸；根据TDW
‑
300型微机控制岩石刚性试验机量程，反算立方体煤块的最大尺寸；制作立方体煤块标准件的加载装置；制作5个立方体煤块，测试平均单轴抗压强度；
[0013](4)立方体煤块标准件打孔、安装“缩短型应力计”[0014]按照“缩短型应力计”直径对立方体煤块标准件打孔，安装“缩短型应力计”；
[0015](5)试验机对立方体煤块标准件施加预载力，对“缩短型应力计”初始打压
[0016]试验机对立方体煤块标准件施加预载力0.1～0.5KN，然后通过打压装置对“缩短型应力计”初始打压，初始打压值分别为4MPa、5MPa、6MPa、7MPa，当煤体强度较低的时候，可以选择1MPa、2MPa、3MPa、4MPa作为初始打压值；
[0017](6)物理力学测试
[0018]①
单向压缩测试，加载速率0.5MPa/s，
[0019]②
单向压缩测试，加载速率0.5
×
10
‑5mm/s，
[0020]③
循环加卸载测试，加载速率0.5MPa/s；
[0021](7)分析、总结煤体应力与钻孔应力线弹性阶段的函数关系，建立函数关系公式；
[0022](8)制定煤层应力监测冲击地压临界预警值指标设置、修订方法。
[0023]优选地，所述步骤(1)，根据矿用应力计制作实验室测试用的“缩短型应力计”包括：
[0024]①
根据矿用应力计的工作原理和各组件尺寸，制作同比例缩小的“缩短型应力计”；
[0025]②
为确保“缩短型应力计”的性能水平，“缩短型应力计”上下夹板的焊接质量要求等同于或高于矿用应力计的焊接质量要求。
[0026]优选地，所述步骤(2)包括：
[0027]①
用试验机测试n个“缩短型应力计”，预载力0.2KN，加卸载速率0.5MPa/s，得出试验机负荷
‑
时间曲线和“缩短型应力计”的负荷
‑
时间曲线。
[0028]②
用试验机测试n个矿用应力计，采用与“缩短型应力计”相同的预载力和加卸载速率，即与“缩短型应力计”的测试方法完全相同，得出试验机负荷
‑
时间曲线和矿用应力计的负荷
‑
时间曲线。
[0029]③
对比“缩短型应力计”的负荷
‑
时间曲线与矿用应力计的负荷
‑
时间曲线的相关性，若相关性差，则制作的“缩短型应力计”不可用于测试，需重新制作；若相关性强，则制作的“缩短型应力计”可以替代矿用应力计进行实验室测试。
[0030]优选地，所述步骤(3)包括：
[0031]①
根据“缩短型应力计”的直径，可确定钻孔直径，从而根据钻孔影响范围反算立方体煤块的最小高度、最小宽度；根据“缩短型应力计”的长度，可确定立方体煤块的最小长度；
[0032]②
根据试验机量程，结合立方体煤块的平均破坏载荷，可反算立方体煤块的最大长度、最大宽度；
[0033]③
根据立方体煤块的尺寸范围，制作立方体煤块标准件的加载装置；所述立方体煤块标准件的加载装置包括样块台面，样块台面上设有右挡板、左挡板、后档板、前挡板，右挡板、左挡板、后档板、前挡板围合的空腔内可放置样块，样块的上方设有上压板；前挡板的中心设有通孔，与立方体煤块标准件的钻孔尺寸相吻合；
[0034]④
利用在某煤矿某一地点的煤块制作5个相同尺寸的立方体煤块标准件，并测试得到平均单轴抗压强度。
[0035]优选地，所述步骤(4)中钻孔直径应大于“缩短型应力计”直径，小于“缩短型应力计”打压破坏时的直径。
[0036]优选地，所述步骤(5)包括：
[0037]①
将“缩短型应力计”安装在钻孔中，并连接打压、测试装置；
[0038]②
将试验机活塞下行，对立方体煤块标准件施加预载力0.1～0.5KN；
[0039]③
通过打压装置对“缩短型应力计”初始打压，初始打压值分别为4MPa、5MPa、
6MPa、7MPa，当煤体强度较低的时候，可以选择1MPa、2MPa、3MPa、4MPa作为初始打压值；
[0040]④
必须先对立方体煤块标准件施加预载力0.1～0.5KN，再对“缩短型应力计”初始打压，避免在对“缩短型应力计”初始打压时破坏立方体煤块。
[0041]优选地，所述步骤(6)包括：
[0042]①
按照加载速率0.5MPa/s对立方体煤块加载至破坏，记录试验机加载过程中的负荷
‑
时间曲线和“缩短型应力计”测试过程中的负荷
‑
时间曲线；
[0043]②
按照加载速率0.5
×
10
‑5mm/s对立方体煤块加载至破坏，记录试验机加载过程中的负荷
‑
时间曲线和“缩短型应力计”测试过程中的负荷...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤层应力监测冲击地压临界预警指标值设置方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制作“缩短型应力计”(2)测试n个“缩短型应力计”的性能通过对矿用应力计和“缩短型应力计”进行测试，对比矿用应力计和“缩短型应力计”的应力时间曲线的函数相关性；若函数相关性差，则制作的“缩短型应力计”不可用于测试，需重新制作；若函数相关性强，则制作的“缩短型应力计”可用于测试；其中，n为正整数；(3)立方体煤块标准件制作根据“缩短型应力计”直径、长度，反算立方体煤块的最小尺寸；根据TDW
‑
300型微机控制岩石刚性试验机量程，反算立方体煤块的最大尺寸；制作立方体煤块标准件的加载装置；制作5个立方体煤块，测试平均单轴抗压强度；(4)立方体煤块标准件打孔、安装“缩短型应力计”按照“缩短型应力计”直径对立方体煤块标准件打孔，安装“缩短型应力计”；(5)试验机对立方体煤块标准件施加预载力，对“缩短型应力计”初始打压试验机对立方体煤块标准件施加预载力0.1～0.5KN，然后通过打压装置对“缩短型应力计”初始打压，初始打压值分别为4MPa、5MPa、6MPa、7MPa，当煤体强度较低的时候，可以选择1MPa、2MPa、3MPa、4MPa作为初始打压值；(6)物理力学测试
①
单向压缩测试，加载速率0.5MPa/s，
②
单向压缩测试，加载速率0.5
×
10
‑5mm/s，
③
循环加卸载测试，加载速率0.5MPa/s；(7)分析、总结煤体应力与钻孔应力线弹性阶段的函数关系，建立函数关系公式；(8)制定煤层应力监测冲击地压临界预警值指标设置、修订方法。2.根据权利要求1所述的煤层应力监测冲击地压临界预警指标值设置方法，所述步骤(1)具体为根据矿用应力计制作实验室测试用的“缩短型应力计”，其包括：
①
根据矿用应力计的工作原理和各组件尺寸，制作同比例缩小的“缩短型应力计”；
②
为确保“缩短型应力计”的性能水平，“缩短型应力计”上下夹板的焊接质量要求等同于或高于矿用应力计的焊接质量要求。3.根据权利要求2所述的煤层应力监测冲击地压临界预警指标值设置方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：
①
用试验机测试n个“缩短型应力计”，预载力0.2KN，加卸载速率0.5MPa/s，得出试验机负荷
‑
时间曲线和“缩短型应力计”的负荷
‑
时间曲线；
②
用试验机测试n个矿用应力计，采用与“缩短型应力计”相同的预载力和加卸载速率，即与“缩短型应力计”的测试方法完全相同，得出试验机负荷
‑
时间曲线和矿用应力计的负荷
‑
时间曲线；
③
对比“缩短型应力计”的负荷
‑
时间曲线与矿用应力计的负荷
‑
时间曲线的相关性，若相关性差，则制作的“缩短型应力计”不可用于测试，需重新制作；若相关性强，则制作的“缩短型应力计”可以替代矿用应力计进行实验室测试。4.根据权利要求3所述的煤层应力监测冲击地压临界预警指标值设置方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：
①
根据“缩短型应力计”的直径，可确定钻孔直径，从而根据钻孔影响范围反算立方体煤块的最小高度、最小宽度；根据“缩短型应力计”的长度，可确定立方体煤块的最小长度；
②
根据试验机量程，结合立方体煤块的平均破坏载荷，可反算立方体煤块的最大长度、最大宽度；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏全德，王艳飞，魏向志，刘军，胡南，杨岁寒，包鑫阳，孔贺，王颜亮，康洪涛，夏方迁，
申请(专利权)人：河南大有能源股份有限公司沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿，
类型：发明
国别省市：