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专利号: 201910369558X
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法,其特征在于,其包括基本顶侧向断裂探测步骤,具体如下:步骤1.1:结合工作面现场条件,在巷道距开切眼300±10m处布置Ⅰ#监测站;

步骤1.2:在Ⅰ#监测站按照工作面推进方向依次建立A1、B1、A2、B2四个监测子分站,四个监测子分站相邻间隔1m,其中A1和A2监测子分站为侧向位移监测子分站,B1和B2为侧向窥视监测子分站,这样实际上就组成两对监测分站A1B1和A2B2;

步骤1.3:在监测分站A1B1和A2B2均开设6个侧向位移监测钻孔和6个侧向窥视钻孔,具体方法如下:在A1、B1、A2、B2四个监测子分站中分别开设6个直径50mm的钻孔,6个钻孔与巷道顶板的夹角分别为30°、40°、50°、60°、70°、80°,要求监测分站A1B1和A2B2中的一个监测分站的钻孔布置在距实体帮为1.0m的采空区侧,另一监测分站的钻孔布置在距开采帮为1.0m的实体煤侧,每个子分站中相邻钻孔间距为(b-2)/5m,b为巷道宽度;

上述四个监测子分站中钻孔起始端间距相等;

上述开设在A1和A2监测子分站的12侧向位移监测钻孔,其中从采空区到巷道的6个侧向位移监测钻孔依次为A1#、A2#、A3#、A4#、A5#、A6#;从巷道到实体煤的6个侧向位移监测钻孔依次编号为A7#、A8#、A9#、A10#、A11#、A12#;

上述开设在B1和B2监测子分站的12个侧向窥视钻孔依次为B1#、B2#、B3#……B12#表示;

步骤1.4:待Ⅰ#监测站钻孔钻取完成后,在所有侧向位移监测钻孔中安装深孔岩层位移计,同时将数据存储与记录装置固定在巷道表面,以方便后期数据的读取;

步骤1.5:待深孔岩层位移计安装完成之后,当工作面推采至距A1监测子分站50m时,每天读取深孔岩层位移计数据,直至工作面推过B2监测子分站50m之后,停止数据采集;期间,利用钻孔摄像窥视仪对侧向窥视子分站的各侧向窥视钻孔孔壁进行窥视;

步骤1.6:根据位于采空区的六个侧向位移监测钻孔监测数据的变化趋势初步判定基本顶侧向采空区上方断裂线,也就是说确定基本顶侧向采空区上方断裂线处于哪两个采空区上方侧向位移监测钻孔之间,这两个采空区上方侧向位移监测钻孔用Ai#和Ai+1#表示,i为处于采空区的侧向位移监测钻孔编号,1≤i≤5;

步骤1.7:根据位于实体煤的六个侧向位移监测钻孔监测数据的变化趋势初步判定基本顶侧向断裂线,也就是说确定基本顶侧向断裂线处于哪两个实体煤侧向位移监测钻孔之间,这两个实体煤侧向位移监测钻孔用Au#和Au+1#表示,u为处于实体煤的侧向位移监测钻孔编号,7≤u≤11;

步骤1.8:结合侧向位移监测钻孔监测数据和侧向窥视钻孔窥视结果确定基本顶侧向断裂线,判断基本顶侧向断裂线是位于巷道横截面铅垂中心轴、偏采空区或偏实体煤侧;

步骤1.9:根据基本顶侧向断裂线利用公式计算基本顶侧向断裂参数,断裂参数包括基本顶侧向破断跨距La、基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc和侧向回转角α;具体如下:(1)当基本顶侧向断裂线位于巷道横截面铅垂中心时,也就是基本顶侧向断裂线处于A6#和A7#侧向位移监测钻孔之间;

①基本顶侧向断裂跨距La

当基本顶侧向断裂线位于巷道横截面铅垂中心轴,即A6#和A7#侧向位移监测钻孔之间时,由于基本顶侧向采空区上方断裂线位于Ai#与A(i+1)#侧向位移监测钻孔之间,所以基本顶侧向最大断裂跨距Lamax为Ai#钻孔与巷道横截面铅垂中心轴之间距离,基本顶侧向最小断裂跨距Lamin为A(i+1)#钻孔与巷道横截面铅垂中心轴之间距离;即:Lamin≤La≤Lamax

式中:

MZ—直接顶厚度,m;

ME—基本顶厚度,m;

βi—Ai#侧向位移监测钻孔布置角度;

βi+1—Ai+1#侧向位移监测钻孔布置角度;

b—巷道宽度,m;

Lm—同一个子分站中相邻侧向位移监测钻孔间距,m;

②基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc=b/2,b为巷道宽度;

③基本顶侧向回转角α

式中:

α—基本顶侧向回转角;

AB—A6#侧向位移监测钻孔起始端至基本顶断裂位置的距离,m;

ΔLA6—布置在A6#侧向位移监测钻孔中的位移计钢绞线长度变化量,m;

βA6—A6#侧向位移监测钻孔布置角度;

(2)当基本顶侧向断裂线位于偏采空区侧时此时,基本顶侧向断裂线和基本顶侧向采空区上方断裂线都处在采空区,也就是说,基本顶侧向断裂线和基本顶侧向采空区上方断裂线分别处于A1#~A6#某两个钻孔之间,为了便于区分,将基本顶侧向断裂线位于偏采空区侧某两个钻孔定义为Ai’#和A(i+1)’#,0≤i’≤

5;

①基本顶侧向断裂跨距La

当基本顶侧向断裂线位于偏采空区侧Ai’#与A(i+1)’#侧向位移监测钻孔之间时,由于基本顶侧向采空区上方断裂线位于Ai#与Ai+1#侧向位移监测钻孔之间,所以基本顶侧向最大断裂跨距Lamax为Ai#与A(i+1)’#钻孔之间距离,基本顶侧向最小断裂跨距Lamin为Ai+1#与Ai’#钻孔之间距离,即:式中:

MZ—直接顶厚度,m;

ME—基本顶厚度,m;

βi—Ai#侧向位移监测钻孔布置角度;

βi+1—Ai+1#侧向位移监测钻孔布置角度;

βi’—Ai’#侧向位移监测钻孔布置角度;

β(i+1)’—A(i+1)’#侧向位移监测钻孔布置角度;

b—巷道宽度,m;

i—Ai#侧向位移监测钻孔编号;

(i+1)—Ai+1#侧向位移监测钻孔编号;

i’—Ai’#侧向位移监测钻孔编号;

(i+1)’—A(i+1)’#侧向位移监测钻孔编号;

Lm—同一个子分站中相邻侧向位移监测钻孔间距,m;

②基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc

式中:

MZ—直接顶厚度,m;

ME—基本顶厚度,m;

βi’—Ai’#侧向位移监测钻孔布置角度;

β(i+1)’—A(i+1)’#侧向位移监测钻孔布置角度;

i’—Ai’#侧向位移监测钻孔编号;

(i+1)’—A(i+1)’#侧向位移监测钻孔编号;

Lm—同一个子分站中相邻侧向位移监测钻孔间距,m;

③本顶侧向回转角α

式中:

α—基本顶侧向回转角;

AB’—Ai’#侧向位移监测钻孔起始端至基本顶断裂位置的距离,mΔLAi’—布置在Ai’#侧向位移监测钻孔中的位移计钢绞线长度变化量,m;

βi’—Ai’#侧向位移监测钻孔布置角度;

(3)基本顶侧向断裂线位于偏实体煤侧Au#和Au+1#钻孔之间时①基本顶侧向断裂跨距La

当基本顶侧向断裂线位于偏实体煤侧时,基本顶侧向断裂跨距La的计算分为三种情况:情况一是:基本顶侧向断裂线两侧侧向位移监测钻孔Au#或Au+1#,与基本顶侧向采空区上方断裂线两侧侧向位移监测钻孔Ai#或Ai+1#的起始端均不交叉;也就是说,Au#与Ai#或Ai+1#不交叉,Au+1#与Ai#或Ai+1#也不交叉;

情况二是:基本顶侧向断裂线两侧侧向位移监测钻孔Au#和Au+1#,与基本顶侧向采空区上方断裂线两侧侧向位移监测钻孔Ai#和Ai+1#的起始端有两组交叉,也就是说,Au#钻孔与Ai#或Ai+1#钻孔交叉时,Au+1#钻孔就与Ai+1#或Ai#钻孔交叉;

情况三是:基本顶侧向断裂线两侧侧向位移监测钻孔Au#和Au+1#,与基本顶侧向采空区上方断裂线两侧侧向位移监测钻孔Ai#和Ai+1#的起始端有一组交叉、一组不交叉,也就是说,Au#和Au+1#钻孔中有一个与Ai#或Ai+1#钻孔有交叉;

情况一的基本顶侧向断裂跨距La

情况二的基本顶侧向断裂跨距La

情况三的基本顶侧向断裂跨距La

式中:

MZ—直接顶厚度,m;

ME—基本顶厚度,m;

βi—Ai#侧向位移监测钻孔布置角度;

βi+1—Ai+1#侧向位移监测钻孔布置角度;

βu—Au#侧向位移监测钻孔布置角度;

βu+1—Au+1#侧向位移监测钻孔布置角度;

b—巷道宽度,m;

i—Ai#侧向位移监测钻孔编号;

(i+1)—Ai+1#侧向位移监测钻孔编号;

u—Au#侧向位移监测钻孔编号;

(u+1)—Au+1#侧向位移监测钻孔编号;

Lm—同一子分站中相邻侧向位移监测钻孔间距,m;

②基本顶侧向断裂线距开采帮的距离Lc

式中:

MZ—直接顶厚度,m;

ME—基本顶厚度,m;

βu—Au#侧向位移监测钻孔布置角度;

βu+1—Au+1#侧向位移监测钻孔布置角度;

b—巷道宽度,m;

u—Au#侧向位移监测钻孔编号;

(u+1)—Au+1#侧向位移监测钻孔编号;

Lm—同一子分站中相邻侧向位移监测钻孔间距,m;

③基本顶侧向回转角α

式中:

α—基本顶侧向回转角;

CD—Au+1#侧向位移监测钻孔起始端至基本顶断裂线的距离,m;

ΔLAu+1—布置在Au+1#侧向位移监测钻孔中的位移计钢绞线长度变化量,m;

βu+1—Au+1#侧向位移监测钻孔布置角度;

至此,在Ⅰ#监测站探测基本顶侧向断裂参数结束;为了增加准确性,在巷道距开切眼

400m±10m处再布置一个Ⅱ#监测站,按照Ⅰ#监测站的探测方法,确定Ⅱ#监测站基本顶侧向断裂参数,取两个监测站的基本顶侧向断裂参数均值即为回采工作面基本顶侧向断裂参数。

2.如权利要求1所述的回采工作面坚硬基本顶断裂参数现场探测方法,其特征在于,它还包括基本顶走向断裂参数探测步骤,具体如下:步骤1.1:结合工作面现场条件,在巷道距开切眼450±10m处,开始布置一个Ⅲ#监测站,在Ⅲ#监测站开设25个直径为50mm的走向位移监测钻孔,每个走向位移监测钻孔起始端位于巷道横截面铅垂中心轴,终端位于基本顶上部,与巷道顶板的夹角为20°,钻孔间距为

4m;

上述25个走向位移监测钻孔用E表示,也就是说:按照工作面走向,25个走向位移监测钻孔依次用E1#、E2#、E3#……E25#表示;

步骤1.2:待钻孔钻取完成后,在每个走向位移监测钻孔安装深孔岩层位移计,同时将岩层位移计数据存储与记录装置固定在巷道表面,以方面后期数据的读取;

步骤1.3:安装完成之后,在工作面距E1#走向位移监测钻孔50m时,开始每天监测各走向位移监测钻孔内深孔岩层位移计位移变化情况,直至工作面推过E25#走向位移监测钻孔50m之后,停止监测;

步骤1.4:根据走向位移监测钻孔监测数据判定基本顶走向断裂位置,确定断裂线初始和结束位置分别处于哪两个走向位移监测钻孔之间;

步骤1.5:通过数学公式确定基本顶走向断裂跨距Ln以工作面推进方向为基准,设基本顶走向断裂位置起始点处于Ea#与E(a+1)#走向位移监测钻孔之间,基本顶走向断裂位置终止点处于Eb#与E(b+1)#走向位移监测钻孔之间;则基本顶基本顶走向断裂跨距Ln用下式表达;

[(b)-(a+1)]Lf≤Ln≤[(b+1)-(a)]Lf式中:

(a)—Ea#走向位移监测钻孔编号;

(b+1)—Eb+1#走向位移监测钻孔编号;

(a+1)—Ea+1#走向位移监测钻孔编号;

(b)—Eb#走向位移监测钻孔编号;

Lf—相邻走向位移监测钻孔之间距离,m。