煤矿采场围岩应力快速评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及采矿工程地应力测试领域，尤其涉及一种煤矿采场围岩应力相对大小的快速评估方法。
【背景技术】
[0002]煤矿开采过程中，在回采巷道开挖，工作面推进，以及采空区上覆岩层运动的综合影响下，工作面前方岩体的应力分布十分复杂。这些岩体一般存在应力高峰区、应力下降区和应力平稳区，通过简单测试快速确定相应区域的位置和范围，对于提前采取针对措施具有重要意义，如冲击地压和煤与瓦斯突出预测、回采巷道和工作面补强支护、工作面推进速度选择等。
[0003]目前，地应力实测方法有多种，最常用的是水压致裂法和应力解除法。水压致裂法只能在岩体的完整性较好的条件下才能应用，而且测量过程需要经过测试段选择、下放安装孔内封隔器、封座、加压、压裂、关泵、卸压、提取封隔器、印模等程序，操作极其复杂。应力解除法同样面临操作复杂的问题，而且煤矿围岩强度较小，岩芯很难获取，应力解除法在破碎软弱岩体中难以实施。
[0004]如果在钻孔过程中，通过分析钻机运行和钻进参数，直接评估地应力的相对大小，则可大大简化测量程序，缩短测量时间，避免现行技术存在的技术瓶颈。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种煤矿采场围岩应力快速评估方法，操作简单并能够快速测得围岩应力的相对大小，为煤矿开采决策提供基本依据。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种煤矿采场围岩应力快速评估方法，其特征在于包括如下步骤:
a、在采煤工作面，通过数字化钻机向前方岩体中钻孔，在钻机钻进的过程中，实时记录钻进距离与时间的关系，以及钻机功率与时间的关系；
b、将上述数据导入计算机，根据钻进距离与时间的关系，计算在距离壁面任意位置处，单位时间内的钻进量，并根据孔径参数计算得到单位时间内钻进岩石的体积；根据钻机功率与时间的关系，计算在相应位置处，单位时间内钻机消耗的能量；进而由单位时间内钻机消耗的能量除以单位时间内钻进岩石的体积，得到在任意位置处钻进单位体积岩石所需要的能量；
C、根据钻进单位体积岩石所需要的能量的变化趋势确定应力高峰区、应力下降区和应力平稳区的大致位置及其相对大小，确定依据是:在应力较高的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较多，在应力较小的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较少；
d、根据c步骤得到的相对应力大小的分布，在确定钻孔深度进入应力平稳区一定距离后停止钻孔。
[0007]所述的数字化钻机，其特征在于，在钻进的过程中，可以实时记录钻进距离与时间的关系，以及钻机功率与时间的关系，并输入计算机进行数据分析。
[0008]本发明的基本原理是:钻机在围岩中钻孔时，在围岩应力较高的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较多，在围岩应力较低的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较少；采用数字化钻机结合计算机数据分析，根据实时钻孔能量分析围岩应力的相对大小。
[0009]本发明的有益效果是:本发明在钻孔的过程中即可分析围岩应力的相对大小，以及应力峰值区域范围，方法简单，成本低；本发明不需要预先钻出完整钻孔，不受岩体完整性以及强度等因素的影响。
【附图说明】
[0010]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步说明:
图1为本发明所述煤矿采场围岩应力快速评估方法实施例的示意图；
图2为工作面前方典型的围岩应力分布图；
图例:1_数字化钻机；2_计算机；a_采煤工作面；b_回采巷道；c-采煤工作面前方岩体；d_采空区。
【具体实施方式】
[0011]结合附图1，一种煤矿采场围岩应力快速评估方法，其特征在于包括如下步骤:
a、在采煤工作面a，通过数字化钻机I向前方岩体c中钻孔，在钻机钻进的过程中，实时记录钻进距离与时间的关系，以及钻机功率与时间的关系；
b、将上述数据导入计算机2，根据钻进距离与时间的关系，计算在距离壁面任意位置处，单位时间内的钻进量，并根据孔径参数计算得到单位时间内钻进岩石的体积；根据钻机功率与时间的关系，计算在相应位置处，单位时间内钻机消耗的能量；进而由单位时间内钻机消耗的能量除以单位时间内钻进岩石的体积，得到在任意位置处钻进单位体积岩石所需要的能量；
C、根据钻进单位体积岩石所需要的能量的变化趋势确定应力高峰区、应力下降区和应力平稳区的大致位置及其相对大小，如图2所示；确定依据是:在应力较高的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较多，在应力较小的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较少；d、根据c步骤得到的相对应力大小的分布，在确定钻孔深度进入应力平稳区一定距离后停止钻孔。
[0012]所述的数字化钻机，其特征在于，在钻进的过程中，可以实时记录钻进距离与时间的关系，以及钻机功率与时间的关系，并输入计算机进行数据分析。
[0013]以上所述实施例，只是本发明较优选的具体的实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种煤矿采场围岩应力快速评估方法，其特征在于包括如下步骤: a、在采煤工作面，通过数字化钻机向前方岩体中钻孔，在钻机钻进的过程中，实时记录钻进距离与时间的关系，以及钻机功率与时间的关系； b、将上述数据导入计算机，根据钻进距离与时间的关系，计算在距离壁面任意位置处，单位时间内的钻进量，并根据孔径参数计算得到单位时间内钻进岩石的体积；根据钻机功率与时间的关系，计算在相应位置处，单位时间内钻机消耗的能量；进而由单位时间内钻机消耗的能量除以单位时间内钻进岩石的体积，得到在任意位置处钻进单位体积岩石所需要的能量； C、根据钻进单位体积岩石所需要的能量的变化趋势确定应力高峰区、应力下降区和应力平稳区的大致位置及其相对大小，确定依据是:在应力较高的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较多，在应力较小的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较少； d、根据c步骤得到的相对应力大小的分布，在确定钻孔深度进入应力平稳区一定距离后停止钻孔； 所述的数字化钻机，在钻进的过程中可以实时记录钻进距离与时间的关系，以及钻机功率与时间的关系，并输入计算机进行数据分析。
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿采场围岩应力快速评估方法，主要包括如下步骤：在采煤工作面，通过数字化钻机向前方岩体中钻孔，记录钻进距离与时间的关系以及钻机功率与时间的关系，计算得到在任意位置处钻进单位体积岩石所需要的能量，根据其变化趋势确定应力高峰区、应力下降区和应力平稳区的大致位置及其相对大小。本发明的依据是：在应力较高的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较多，在应力较小的区域钻进单位体积岩石所需要的能量较少；本发明不需要预先钻出完整钻孔，在钻孔的过程中即可分析围岩应力的相对大小以及应力峰值区域范围，方法简单，成本低，不受岩体完整性、强度等因素的影响，可为煤矿开采决策提供基本依据。
【IPC分类】E21F17-00
【公开号】CN104727851
【申请号】CN201510051231
【发明人】蒋宇静, 吴学震, 王刚, 石永奎, 李博
【申请人】山东科技大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月1日