巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法

摘要

本发明涉及巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法，其中包括选出测试极限拉拔力低于1.2倍支护体设计锚固力的区域；在选出区域范围内，在进行拉拔测试的支护体位置的0.5m范围内布置钻孔打钻，得到每米钻孔的钻进速度，比较得到最大钻进速度和最小钻进速度，计算每米钻孔的钻进速度与最小钻进速度比值，得出比值大于2.0的顶板岩层范围；利用钻孔成像设备对钻取的顶板钻孔进行探测，获取顶板破裂展布示意图，并得到顶板松动破裂范围；对比顶板松动破裂范围和比值大于2.0的顶板岩层范围，确定潜在坍塌危险性顶板岩层范围。该方法从支护体工作能力、顶板岩性强弱及松动破裂三个方面循序渐进的判断顶板失稳坍塌可能性，覆盖面广，准确率高，操作性强。

说明书

技术领域

本发明涉及一种巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法。

背景技术

我国每年新掘巷道1万多公里(相当于地球的直径)，列世界第一，巷道顶板失稳事故频频发生，占整个煤矿安全事故的50％左右。经过多年的发展，锚杆支护成为巷道的主要支护方式之一，锚杆支护巷道占巷道掘进总量的90％以上，随着锚杆支护技术的推广，锚杆支护煤巷顶板出现突发性失稳坍塌越来越多，给巷道安全使用带来了严重威胁。

国内外专家学者在煤矿巷道顶板失稳坍塌预警方面开展了一系列卓有成效的研究工作，主要集中在顶板离层失稳机理、失稳判别方法、现场监测仪器及监测预警系统研发等方面，主要包括离层产生扩展、离层界限值确定、常规离层仪(多点位移计)、在线监测预警系统等。然而，上述研究过程中忽视了锚杆支护巷道顶板潜在失稳坍塌范围如何准确确定，即巷道那些位置易发生失稳坍塌、失稳坍塌范围有多大，常规监测布置易造成现场监测仪器安设工作量大，监测布置位置是否合适难以界定，监测效果不佳。

发明内容

本发明旨在解决潜在巷道顶板失稳坍塌区域范围确定的难题，通过采用拉拔力测试、钻孔速度监测及顶板岩层破裂探测三种手段逐步进行监测评价，有效解决潜在失稳坍塌顶板范围确定难题，其采用的技术方案如下：

巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法，其特征在于，所述方法包括：

a.根据拉拔力测试要求，对支护体进行拉拔测试，并选出测试极限拉拔力低于1.2倍支护体设计锚固力的区域；

b.在选出区域范围内，在进行拉拔测试的支护体位置的0.5m范围内布置钻孔打钻，钻孔过程中记录每米钻杆钻进顶板岩层所需时间，计算得到每米钻孔的钻进速度，进行比较得到最大钻进速度和最小钻进速度，计算每米钻孔的钻进速度与最小钻进速度比值，得出比值大于2.0的顶板岩层范围；

c.利用钻孔成像设备对钻取的顶板钻孔进行探测，获取顶板破裂展布示意图，并得到顶板松动破裂范围；

d.当比值大于2.0的顶板岩层范围存在时，对比顶板松动破裂范围和比值大于2.0的顶板岩层范围空间位置关系，选取区域范围较大的为潜在坍塌危险性顶板岩层范围；当比值大于2.0的顶板岩层范围不存在时，顶板松动破裂范围为潜在坍塌危险性顶板岩层范围。

在上述技术方案的基础上，所述钻孔深度至少10米。

在上述技术方案的基础上，所述支护体是锚杆。

在上述技术方案的基础上，所述支护体是锚杆或锚索。

本发明专利具有如下优点：

(1)充分利用拉拔力测试，选择潜在失稳坍塌巷道区间，覆盖面广，避免了重复矿压监测带来的繁重工作量，减少了监测仪器安设数量；

(2)采用极限拉拔力、钻孔速度及顶板松动破裂范围三个指标确定潜在失稳坍塌危险性顶板岩层范围，充分考虑锚杆工作能力、顶板岩性强弱及松动破裂对顶板稳定性的影响，准确率高，工序简单，附加工作量小；

(3)该方法的提出有效解决潜在失稳坍塌顶板范围确定难题，使得监测仪器安设布置针对性强，目标明确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1：本发明的方法流程图；

图2：本发明实施例中锚杆支护示意图；

图3：本发明实施例每米钻孔钻进速度曲线示意图；

图4：本发明实施例钻孔探测获取顶板破裂展布示意图；

图中，1—锚杆，2—锚索，3—金属网，4—塑料网，5—煤，6—砂质泥岩，7—细砂岩，8—破裂区，9—离层区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1至图4所示，本实施例的巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法，所述方法包括：

a.按照拉拔力测试相关要求，选取合适断面位置对顶板支护体进行拉拔测试，其中每一断面至少选取3组支护体进行拉拔试验，分别位于顶板中央及两侧且均匀布置，并记录支护体拉拔力，并将极限拉拔力低于1.2倍支护体设计锚固力的区域选出。

b.在选出的区域范围内，拉拔测试支护体位置0.5m范围内布置钻孔；根据设计钻孔深度开始钻孔，同时记录每米钻杆钻进顶板岩层所需时间，计算出钻孔钻进速度，推断顶板岩层岩性变化情况，比较得到最大钻进速度和最小钻进速度，并计算每米钻孔钻进速度与最小钻进速度比值，选出比值大于2.0的顶板岩层范围。

c.采用钻孔成像设备对钻取顶板探孔进行探测，并根据探测获取的钻孔破裂展布绘制顶板破裂示意图，据此自顶板向深部找出顶板松动破裂范围。

d.结合煤层柱状图，当比值大于2.0的顶板岩层范围存在时，对比顶板松动破裂范围和比值大于2.0的顶板岩层范围空间位置关系，选取区域范围较大的为潜在坍塌危险性顶板岩层范围；当比值大于2.0的顶板岩层范围不存在时，顶板松动破裂范围为潜在坍塌危险性顶板岩层范围。

优选的，所述钻孔深度至少10米。

优选的，所述支护体是锚杆。

可选的，所述支护体是锚杆或锚索。

下面采用具体例子进行说明，某矿主采3-1煤，煤层厚度4.3～6.8m，顶板岩层自下向上依次为2.5～3.6m砂质泥岩、4.5～7.3m细砂岩和11.2～18.9m粉砂岩，运输平巷沿底掘进，断面形状为矩形，巷道尺寸宽×高为5.2×3.6m，顶板锚杆采用螺纹钢锚杆，直径长2.4m，锚杆间排距为0.9×1.0m，设计锚固力为100kN；顶板锚索直径长6.0m，锚索采用“2-2-2”矩形布置，排距2.0m，锚索间距3.0m，锚索设计的锚固力为250kN；帮部采用螺纹钢锚杆，直径长2.4m，锚杆间排距为1.0×1.0m，设计锚固力为80kN，详细支护布置如图2所示。

根据图1所示的方法流程图：

a.根据现场拉拔测试要求，设计每15m范围内随机均匀检测一排顶板锚杆3根、该排锚杆附近锚索2根进行拉拔测试，测试得到距开口300m位置处顶板中部锚索拉拔力为216kN，明显小于1.2倍锚索设计锚固力(300kN)。

b.在该锚索位置附近0.5m范围内，选取合适位置钻孔(钻孔直径32mm，钻孔深度10.0m)，记录每米钻杆钻进顶板岩层所需时间并计算得到每米钻杆钻进速度，见表1所列，与顶板岩层岩性变化情况如图3所示。由此得到，最小钻进速度为1.1m，区间范围为9.0～10.0m，每米钻杆钻进速度与最小钻进速度比值大于2.0的范围分别为2.0～3.0m、3.0～4.0m、4.0～5.0m。

表1钻孔打钻测试统计表

c.采用钻孔成像设备对钻取顶板探孔进行探测，并根据探测获取的钻孔破裂展布绘制顶板破裂示意图，如图4所示，据此自顶板向深部找出顶板松动破裂范围为5.1m。

此处的钻孔成像设备可以具体通过钻孔电视实现。

d.结合煤层柱状图，推断潜在坍塌危险性顶板岩层范围为0～5.1m。此时，由于锚索长度为6.0m，外露端为0.4m左右，锚索锚固段约1.2m的长度位于松动破裂区范围内，严重影响锚索支护质量，易导致锚索支护失稳，因此，建议增加锚索长度至7.5m。

每米钻杆的钻进速度等于每米钻孔的钻进速度即钻孔速度。

上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。