[发明专利]一种工作面顶板来压及破断的监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿工作面监测技术领域，具体是一种工作面顶板来压及破断的监测方法。

背景技术

工作面顶板来压及破断是煤矿开采过程中剧烈的矿山压力显现现象，监测工作面顶板来压对矿山安全生产具有重要意义。

在目前的机械化开采条件下，液压支架已经得到了普遍的使用，工作面顶板来压对于煤矿生产的危害已经很小，但是在煤矿生产过程中，掌握矿压特征显现规律，对采场顶板来压的预测预报、岩层移动的计算与控制具有重要作用；对地质条件较为复杂的特殊矿井而言，工作面顶板来压及破断的监测工作，仍然需要引起足够的重视，这些特殊矿井包括煤与瓦斯突出矿井、顶板厚度大且硬度高的矿井、冲击矿压灾害较为严重的矿井等，就目前的煤矿生产而言，监测工作面顶板来压的方法主要有两类：

1.人工观察测量法，根据工作面煤壁片帮状况和顶板断裂发出的声响频率等来判断工作面顶板来压强度，这种方法定性判断顶板的来压行为，由于受主客观因素的影响，监测精度差，并且常由于人为因素带来较大的误差。

2.液压支架工作阻力监测法，通过监测液压支架的工作阻力变化来监测工作面顶板来压，并以此为基础确定来压步距，这种方法通过实测来压期间的液压支架工作阻力平均值除以非来压期间支架工作阻力平均值来确定来压强度，显然，这种方法所监测到的支架工作阻力并不能直接反应老顶的来压情况，所以，以此确定的来压强度和来压步距也存在较大误差。

综上所述，目前，现有技术中还没有一种可以及时准确监测工作面顶板来压的监测方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种工作面顶板来压及破断的监测方法，该方法可以对工作面来压状况进行实时监测，降低常规来压监测方法所带来的误差，能够在恶劣的环境中快速、准确地对井下工作面顶板来压进行监测，并且反馈及时，能够有效减少因工作面顶板来压引起的煤矿顶板安全事故，从而降低了矿井及工人的生命和财产损失。

为解决上述技术问题，本发明提供一种工作面顶板来压及破断的监测方法，包括以下步骤：

步骤一：选择垂直钻孔底部位置，根据地质综合柱状图中各分层的岩性，选择煤层基本顶中较为稳定的部分作为钻孔底部；

步骤二：钻孔布置，工作面运输平巷和工作面回风平巷掘进完成后，在工作面运输平巷和工作面回风平巷的顶部分别打对称分布的垂直钻孔至选定的钻孔底部位置；

步骤三：在钻孔底部安装振动加速度传感器，此时两个对称钻孔形成一条监测线，用来监测一个来压步距内工作面基本顶来压情况；

步骤四：沿工作面推进方向，监测线间距选定为基本顶来压步距；

步骤五：选择振动信号采集与分析系统，对同一监测线中的两个振动加速度传感器所得数据取平均值；并通过数据处理得到振动信号时频、能量信息，从而得到来压强度、顶板下沉量的信息；

步骤六：根据工作面顶板来压情况，及时调整工作面支护条件，直到工作面推进一个来压步距，然后监测系统更换为下一监测线继续工作。

振动加速度传感器为矿用本安类型。

所述振动加速度传感器通过磁力吸座、螺钉或粘接剂安装在钻孔底部。

来压步距的计算公式如下：

式中：a_i0——现有工作面的来压步距；

w_i0——现有工作面的边-长系数；

l_m——顶板的步距准数；

其次，将l_m和待求的工作面面长b代入公式(2)中，即得所求来压步距。

本发明针对目前煤矿井下工作面来压监测不及时、不准确的背景下，利用振动加速度传感器对工作面来压状况进行实时监测，在工作面两巷顶部分别打垂直钻孔至煤层基本顶，并在钻孔底部安装振动加速度传感器，此两个对称钻孔形成一条监测线，用来监测一定时期内工作面前方基本顶来压情况，按照一定间距在两巷中布置类似监测线钻孔，监测线间距为基本顶来压步距，此步距可根据本采区相邻工作面或本矿井中相邻采区工作面基本顶来压步距进行估算，将此方法配备相应的采集与分析系统，使其能够对振动信号进行时频分析，根据时频规律特征对不同活动进行区分并进行能量分析，从而得到反映工作面顶板来压的有用信息，最后得出实时来压强度及顶板下沉量；该方法对于工作面顶板来压的监测实时性强、连续性好、可靠性高，改变了传统顶板来压监测方法的局限性，具有广泛的实用性，为煤矿井下安全生产提供指导。

附图说明

图1是沿工作面推进方向钻孔布置示意图；