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Title:
METHOD FOR DETERMINING RANGE OF DANGEROUS ROCK FORMATION OF ROADWAY CEILING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/141023
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for determining a range of a dangerous rock formation of a roadway ceiling comprises: selecting a region where a tested pulling force limit is less than 1.2 times a designed support body anchoring force; in the selected region, and within a range no more than 0.5 m away from the support body of the pulling test, arranging drilling holes and drilling to obtain a drilling speed per meter, performing comparison to obtain a fastest drilling speed and a slowest drilling speed, calculating a ratio of the drilling speed per meter to the slowest drilling speed, and obtaining a ceiling rock formation range in which the ratio is greater than 2.0; performing detection on a ceiling drill hole using a drill hole imaging apparatus, obtaining a schematic diagram of ceiling crack distribution, and obtaining a ceiling loose material and crack range; and comparing the ceiling loose material and crack range with the ceiling rock formation range in which the ratio is greater than 2.0, so as to determine a ceiling rock formation range having a danger of collapse. The method determines the possibility of a ceiling becoming unstable and collapsing step by step according to three aspects, i.e., a working capacity of a support body, lithologic strength of a ceiling, and looseness and cracking, and has wide coverage, high accuracy, and high operability.

Inventors:
YU FENGHAI (CN)
TAN YUNLIANG (CN)
ZHAO TONGBIN (CN)
YIN YANCHUN (CN)
GAO XUEPENG (CN)
ZHAO WEI (CN)
Application Number:
PCT/CN2018/120400
Publication Date:
July 25, 2019
Filing Date:
December 11, 2018
Export Citation:
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Assignee:
UNIV SHANDONG SCIENCE & TECH (CN)
International Classes:
E21F17/18; G01L5/00; G01N3/08
Domestic Patent References:
WO2013149308A12013-10-10
Foreign References:
CN108286459A2018-07-17
CN105626150A2016-06-01
CN103244101A2013-08-14
CN106014382A2016-10-12
CN104832212A2015-08-12
JP2016108800A2016-06-20
Other References:
ZHENG, JINPING: "Study of Mining Roadway Hazardous Zone Classification and Evaluation of Sanyuan Zhongneng Coal Mine", COAL MINING TECHNOLOGY, vol. 22, no. 4, 15 August 2017 (2017-08-15), pages 52 - 56
Attorney, Agent or Firm:
QINGDAO ZHIDILINGCHUANG PATENT AGENCY CO., LTD (CN)
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Claims:
\¥0 2019/141023 权利要求书

[权利要求 1] 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:

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;

在选出区域范围内, 在进行拉拔测试的支护体位置的 0.5:〇1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;

〇. 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;

(1. 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。

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法, 其 特征在于: 所述钻孔深度至少 10米。

[权利要求 3] 根据权利要求 1所述的巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法, 其 特征在于: 所述支护体是锚杆。

[权利要求 4] 根据权利要求 1所述的巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法, 其 特征在于: 所述支护体是锚杆或锚索。

Description:
\¥0 2019/141023

巷道顶板潜在危险性岩层范围的确定方法 技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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。

发明概述

技术问题

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 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:

[0005] 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:

[0006] 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; \¥0 2019/141023

[0007] 15. 在选出区域范围内, 在进行拉拔测试的支护体位置的 0.5:〇1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;

[0008] 〇. 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;

[0009] (1. 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。

[0010] 在上述技术方案的基础上, 所述钻孔深度至少 10米。

[0011] 在上述技术方案的基础上, 所述支护体是锚杆。

[0012] 在上述技术方案的基础上, 所述支护体是锚杆或锚索。

发明的有益效果

有益效果

[0013] 本发明专利具有如下优点:

[0014] ( 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;

[0015] (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;

[0016] (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。

对附图的简要说明

附图说明

[0017] 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 \¥0 2019/141023 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。

[0018] 图 1 : 本发明的方法流程图;

[0019] 图 2: 本发明实施例中锚杆支护示意图;

[0020] 图 3: 本发明实施例每米钻孔钻进速度曲线示意图;

[0021] 图 4: 本发明实施例钻孔探测获取顶板破裂展布示意 图;

[0022] 图中, 1一锚杆, 2—锚索, 3—金属网, 4一塑料网, 5—煤, 6—砂质泥岩, 7 —细砂岩, 8—破裂区, 9—离层区。

发明实施例

本发明的实施方式

[0023] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明 :

[0024] 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:

[0025] 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。

[0026] 15. 在选出的区域范围内, 拉拔测试支护体位置 0.5:〇1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。

[0027] 〇. 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。

[0028] (1. 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。

[0029] 优选的, 所述钻孔深度至少 10米。 \¥0 2019/141023

[0030] 优选的, 所述支护体是锚杆。

[0031] 可选的, 所述支护体是锚杆或锚索。

[0032] 下面采用具体例子进行说明, 某矿主采 3-1煤, 煤层厚度 4.3~6.8111, 顶板岩层自 下向上依次为 2.5~3.6111砂质泥岩、 4.5~7.3 111细砂岩和 11.2~18.9111粉砂岩, 运输平 巷沿底掘进, 断面形状为矩形, 巷道尺寸宽 X高为 5.2x3.6111, 顶板锚杆采用螺纹 钢链杆, 直径 920111111、 长 2.4111, 链杆间排距为 0.9x1.0111, 设计链固力为 100 1^

; 顶板锚索直径 917.8111111、 长 6.0111, 锚索采用“2-2-2”矩形布置, 排距 2.〇111, 锚 索间距 3.0111, 锚索设计的锚固力为 25(¾ 帮部采用螺纹钢锚杆, 直径 920111111、 长 2.4:〇1, 锚杆间排距为 1.0x1.0111, 设计锚固力为 80 1^, 详细支护布置如图 2所示

[0033] 根据图 1所示的方法流程图:

[0034] 根据现场拉拔测试要求, 设计每 15:〇1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 300111位置处顶板中部锚 索拉拔力为 216 1^, 明显小于 1.2倍锚索设计锚固力 (300 1^) 。

[0035] 15. 在该锚索位置附近 0.5111范围内, 选取合适位置钻孔 (钻孔直径 32111111, 钻孔 深度 10.0111) , 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 1.1111, 区间范围为 9.0~10.〇111, 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 2.0~3.〇111、 3.0~4.〇111、 4.0~5.〇111。

[0036] 表 1钻孔打钻测试统计表

[0037]

\¥0 2019/141023

[数]

[0038]

[0039] 〇. 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 5.1111。

[0040] 此处的钻孔成像设备可以具体通过钻孔电视实 现。

[0041] (1. 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.ini。 此时, 由 于链索长度为 6.〇111, 外露端为 0.4111左右, 链索链固段约 1.2111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 链索长度至 7.5111。

[0042] 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。

[0043] 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。