[发明专利]一种密闭采空区垮落带应力场演化实测方法

说明书

本发明公开了一种密闭采空区垮落带应力场演化实测方法，用于Y型通风方式条件下密闭采空区内破碎煤岩体压实过程中的应力测量，煤层回采后密闭墙密封支护采空区垮落带侧沿空留巷巷帮，根据对称原则，在工作面推进至0.1D、0.2D、0.3D、0.4D、0.5D时距离工作面10m处的密闭墙底部向采空区垮落带侧打5组钻孔，间距0.5m，深度分别为0.1L、0.2L、0.3L、0.4L、0.5L，D为工作面总推进长度，L为采煤工作面长度；在各钻孔顶部布设钻孔应力计，封闭钻孔。将上述实测数据导入至matlab数值分析软件中，根据差值算法就能求出垮落带任意一点压实应力的大小。

技术领域

本发明涉属于煤层密闭采空区垮落带应力测量方法，尤其涉及一种密闭采空区垮落带应力场演化实测方法。

背景技术

采空区垮落带由于包含大量有毒有害气体及水资源，一般处于封闭状态，很难进行垮落带内压实应力的实测。特别是针对垮落带内应力直接测量更是鲜有报道。基本上是通过无线等传感装置进行远程测量，而由于矿井地质条件复杂，无线信号质量差，实测结果精确度很低。而垮落带的应力分布特征及其演化规律与地表沉陷、温室气体地下存储、地下残煤自然、地下水库建设、水资源过滤、废弃矿井水气资源利用等密切相关。因此，准确的掌握采空区垮落带压实应力的时空演化关系对煤矿安全高效生产、环境生态保护、资源再利用等具有重要的意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种方法简单、安全高效、可行性高、精确度高的密闭采空区垮落带应力场测量方法。

本发明的密闭采空区垮落带应力大小及演化规律的现场实测方法，包括通风方式选择、密闭墙布设、数显式钻孔应力计及其布置方式、应力计读取间隔以及各工序与工作面推进速度的相互配合,实现采空区垮落带应力场演化实时监测，其特征在于，包括如下步骤：

a、工作面开采过程中采用Y型通风方式，采煤工作面开采过后在沿空留巷巷道采空区垮落带侧建立密闭墙，用以隔离采空区气体，支撑上覆顶板维护沿空留巷稳定；

b、在采煤工作面推进至0.1D时，D为工作面总推进长度，在距离工作面10m处通过密闭墙向采空区内打5组钻孔，钻孔位于密闭墙底部，间隔0.5m，深度分别为0.1L、0.2L、0.3L、0.4L、0.5L；

c、通过钻孔向采空区垮落带内布置钻孔应力计，钻孔应力计布设深度分别为0.1L、0.2L、0.3L、0.4L、0.5L，L为采煤工作面长度；

d、布置完钻孔应力计后，对钻孔进行密封处理，记录钻孔应力初始值，将钻孔应力计接入应力在线监测系统，实时监测应力大小，应力在线监测系统与钻孔应力计为有线连接，根据工作面推进情况具体进行四个阶段数据记录。

e、第一阶段每隔3小时记录1次应力，测3天，第二阶段每隔6小时记录1次应力，连续测1周，第三阶段每隔12小时记录1次应力，连续测1个月，第四阶段每隔1天测1次应力，直至工作面回采完毕；

f、在工作面推进至0.2D、0.3D、0.4D以及0.5D处时，D为工作面总推进长度，重复步骤b-e。

g、通过应力在线监测系统将钻孔应力计实测数据传输至服务器，利用matlab数据处理软件并采用差值算法绘制出整个采空区垮落带在各个时间段的应力的分布规律及演化特征。σ_i为垮落带内测点i处的压实应力，单位是MPa；σ_max，σ_min为分别为i点处的几个钻孔应力计中读出的最大应力及最小应力，单位是MPa；l_max-min为i点处最大应力读数的钻孔应力计及最小应力读数的钻孔应力计之间的直线距离，单位为米，l_i-min为i点到最小应力读数钻孔应力计的直线距离。