[发明专利]煤巷掘进迎头应力测定方法及危险性评估方法

说明书

本发明提出一种煤巷掘进迎头应力测定方法及煤巷掘进迎头危险性评估方法，煤巷掘进迎头应力测定方法通过在煤巷掘进迎头的侧边位置的竖直方向上从一端起开设深度不同的钻孔，将光纤光栅传感器放置于各个钻孔的末端位置，通过光纤光栅监测系统得到各个钻孔末端位置处的应力，绘制应力分布曲线，观察应力分布曲线趋于水平并停止开设钻孔；煤巷掘进迎头危险性评估方法通过煤巷掘进迎头应力测定方法得到相邻应力分布曲线，预测更远位置处虚拟的第三应力分布曲线中的应力最大值并与煤体最大总应力比较。本发明的有益效果为：可以实时获得掘进迎头前方不同距离、不同位置处的应力；为掘进工作面的推进速度及相关解危措施的应用提供依据。

技术领域

本发明涉及煤矿灾害预警与防治技术领域，特别是涉及一种煤巷掘进迎头应力测定方法及危险性评估方法。

背景技术

煤岩动力灾害以其来势迅猛、危害性大的特点，严重威胁我国煤炭的安全高效开采，成为最严重的灾害形式之一。由相关文献可知，掘进迎头位置处是煤岩动力灾害的主要发生地点，由于巷道掘进往往是向煤岩环境相对不明且受多种因素影响的区域开挖，事故防控难度较大。除此之外，人为的采掘活动造成掘进迎头前方煤体受力不均，也是煤岩动力灾害的一种重要的诱导因素。具体的，煤体内的原始应力处于动态平衡状态，当巷道向前掘进时，煤体受到外界扰动的影响，原有的应力平衡被打破，掘进工作面前方煤体破碎区及应力集中区出现，当煤体中的集中应力大于煤体中能承受的最大总应力时，则引发煤岩动力灾害的可能性较高。现有技术中对煤体内部的应力测定还没有很好的解决方法，也不能实时获得掘进迎头前方不同距离、不同位置处的应力。现有技术中也没有合适的煤巷掘进迎头危险性评估方法，不能为掘进工作面的推进速度及相关解危措施的应用提供依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤巷掘进迎头应力测定方法以实现实时获得掘进迎头前方不同距离、不同位置处的应力，还提供一种煤巷掘进迎头危险性评估方法以为掘进工作面的推进速度及相关解危措施的应用提供依据。

本发明提供一种煤巷掘进迎头应力测定方法，应用光纤光栅监测系统，光纤光栅监测系统包括主机和与主机信号连接的光纤光栅传感器，所述方法包括以下步骤：

步骤一，在煤巷掘进迎头的侧边位置的竖直方向上从一端起开设深度不同的钻孔；

步骤二，将光纤光栅传感器放置于各个钻孔的末端位置；

步骤三，通过光纤光栅监测系统得到各个钻孔末端位置处的应力；

步骤四，基于各个钻孔末端位置处的应力和钻孔的深度，绘制应力分布曲线；

步骤五，观察应力分布曲线趋于水平，步骤一中停止开设钻孔。

进一步的，步骤一中，在煤巷掘进迎头的两侧边位置同步开设钻孔。

进一步的，步骤一中，相邻钻孔在竖直方向上相距等长距离，相邻钻孔的深度在沿掘进方向上相差等长距离。

进一步的，所述光纤光栅监测系统还包括连接杆，连接杆的一端连接光纤光栅传感器， 连接杆内设置有信号电缆，主机经信号电缆连接光纤光栅传感器；步骤二中，通过连接杆将光纤光栅传感器放置于各个钻孔的末端位置。

本发明还提供一种煤巷掘进迎头危险性评估方法，应用上述的煤巷掘进迎头应力测定方法，包括以下步骤：

步骤一，煤巷掘进起点位置处，应用煤巷掘进迎头应力测定方法得到第一应力分布曲线，并确定第一应力分布曲线中的应力最大值σ₁和第一应力分布曲线中的应力最大值σ₁位置距离煤巷掘进起点位置的距离A；

步骤二，煤巷掘进ΔL位置处，应用煤巷掘进迎头应力测定方法得到第二应力分布曲线，并确定第二应力分布曲线中的应力最大值σ₂，其中，ΔL＜A；