本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種巷道底鼓主控應(yīng)力測(cè)量的方法，通過(guò)在巷道底板主受力層內(nèi)并排同向安裝兩個(gè)空芯包體應(yīng)力計(jì)，采用套孔應(yīng)力解除法對(duì)巷道底板主受力層所在位置原巖應(yīng)力的大小及方向進(jìn)行測(cè)定，在測(cè)點(diǎn)附近底板及巷幫底腳處分別安裝鉆孔應(yīng)力計(jì)，記錄工作面回采前后應(yīng)力計(jì)的相對(duì)應(yīng)力值變化，待工作面推過(guò)后，完成對(duì)采動(dòng)影響后巷道底板主受力層的地應(yīng)力測(cè)量，通過(guò)對(duì)比鉆孔應(yīng)力計(jì)及巷道底板主受力層回采前后應(yīng)力的變化得出造成巷道底鼓的主控應(yīng)力大小及方向。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)專利涉及。
技術(shù)介紹
隨著水利水電、公路隧道及地下資源開(kāi)采等巖土工程施工規(guī)模和作業(yè)深度的不斷擴(kuò)大，其所面臨的各種工程問(wèn)題也日益嚴(yán)重。其中以各種硐室及巷道開(kāi)挖過(guò)程中因巷道嚴(yán)重變形對(duì)工程進(jìn)度及人員安全的影響最為嚴(yán)重。以煤礦為例，我國(guó)煤礦開(kāi)采深度正以每8 12m的速度增加，東部礦井開(kāi)采深度正以每年10 25m的速度發(fā)展,可以預(yù)計(jì)在未來(lái)20a內(nèi)我國(guó)很多煤礦將進(jìn)入到1000 1500m的深度。隨著開(kāi)采深度的增加，巷道圍巖變形量大(一般在500mm以上，有些巷道的位移高達(dá)3000mm以上，如淮南、鐵法小康等礦區(qū)，金川鎳鉬礦區(qū))，巷道維護(hù)普遍比較困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)在底板不支護(hù)的深部開(kāi)采中，巷道頂?shù)装逡平康?/3 3/4是底鼓引起的，底鼓造成的巷道維修量占維修總量的50%。淺部資源的枯竭，轉(zhuǎn)入深部開(kāi)采勢(shì)在必行。巷道圍巖控制巷道底鼓的有效控制是深部資源開(kāi)采中的首要問(wèn)題和關(guān)鍵問(wèn)題。而弄清造成巷道底鼓的主控應(yīng)力是優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制技術(shù)選擇的前提和基礎(chǔ)。然而，由于深部復(fù)雜的地質(zhì)條件和應(yīng)力環(huán)境，不僅巖體的力學(xué)性質(zhì)較淺部地下工程發(fā)生變化，其原巖應(yīng)力的狀態(tài)也將發(fā)生較大變化。為此，需要對(duì)巷道底板主受力層的應(yīng)力大小及方向進(jìn)行實(shí)測(cè)，明確巷道底鼓的類型和主要影響因素，進(jìn)而開(kāi)展有針對(duì)性的防治措施。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種適用于回采工作面巷道受采動(dòng)應(yīng)力影響所造成底鼓評(píng)估，為巷道底鼓原因分析、開(kāi)采設(shè)計(jì)及防治措施的選擇提供依據(jù)的巷道底鼓主控應(yīng)力測(cè)量的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)，具體為 1)通過(guò)地質(zhì)綜合柱狀圖弄清底板的主受力層，在采掘平面圖上選取受采掘活動(dòng)較小的待測(cè)區(qū)域； 2)采用鉆機(jī)在巷道底板上同一鉆孔先后鉆取不同孔徑的兩個(gè)同心鉆孔，鉆孔深度達(dá)到底板主受力層，在鉆孔內(nèi)用定向儀同向安裝內(nèi)置三組應(yīng)變花的改進(jìn)型空芯包體應(yīng)力計(jì)，采用套孔應(yīng)力解除法完成對(duì)未采前巷道底板的主受力層的原始所受應(yīng)力的大小及方向的測(cè)量; 3)在其附近的底板及巷幫圍巖底腳處的圍巖體內(nèi)采用煤電鉆鉆取兩個(gè)鉆孔，鉆孔內(nèi)安裝兩個(gè)鉆孔應(yīng)力計(jì)，其中，垂直安裝在底板上的鉆孔應(yīng)力計(jì)，深度要達(dá)到底板主受力層內(nèi)，測(cè)量回采過(guò)程中巷幫巖體受采動(dòng)應(yīng)力影響而傳遞給底板端部應(yīng)力的大小；水平安裝在巷幫圍巖底腳處的鉆孔應(yīng)力計(jì)深入圍巖的距離為巷道寬度的1. 2-1. 5倍，測(cè)量回采過(guò)程中采動(dòng)應(yīng)力對(duì)底板主受力層的作用力大小； 通過(guò)對(duì)初始安裝在巷道主力層內(nèi)的空芯包體應(yīng)力計(jì)進(jìn)行解除，獲得采后底板主受力層所受應(yīng)力的大小及方向；通過(guò)對(duì)比未采動(dòng)前初始主受力層的應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而評(píng)估造成巷道底鼓的主控應(yīng)力，確定巷道底鼓的類型。進(jìn)一步,所述步驟2)中兩個(gè)同心鉆孔的直徑分別為130mm和28mm。進(jìn)一步，所述步驟3)中鉆孔的直徑為42mm。進(jìn)一步，所述步驟3)中通過(guò)手動(dòng)液壓泵使鉆孔應(yīng)力計(jì)上的鋼枕與圍巖接觸，記錄此時(shí)的初始應(yīng)力值；隨著工作面的回采，巷道圍巖的應(yīng)力會(huì)在采動(dòng)應(yīng)力影響下重新分布，待回采工作面推過(guò)鉆孔應(yīng)力計(jì)位置后，鉆孔應(yīng)力計(jì)停止記錄。進(jìn)一步，待回采結(jié)束后，采用套孔應(yīng)力解除法對(duì)最初并排同向安裝在巷道底板主受力層內(nèi)的所述空芯包體應(yīng)力計(jì)進(jìn)行解除，測(cè)得回采后巷道底板主受力層所受應(yīng)力的變化,記錄此時(shí)的應(yīng)力大小及方向。進(jìn)一步，待采后巷道底板主受力層的應(yīng)力狀態(tài)測(cè)量完成后，分別對(duì)回采前后底板及巷幫底腳處所述鉆孔應(yīng)力計(jì)隨回采過(guò)程的應(yīng)力變化進(jìn)行對(duì)比，獲得采動(dòng)應(yīng)力對(duì)巷道圍巖底板的垂直應(yīng)力增量及底板主受力層采動(dòng)水平應(yīng)力增量。進(jìn)一步，對(duì)回采前后經(jīng)所述空芯包體應(yīng)力計(jì)測(cè)得的底板主受力層應(yīng)力大小及方向進(jìn)行對(duì)比，分析其受力大小方向的變化；如果采動(dòng)前后主受力層大小及方向變化不大，說(shuō)明造成巷道底鼓的主控應(yīng)力為初始所測(cè)的原巖地應(yīng)力，對(duì)于深部地下工程，為以水平應(yīng)力為主的構(gòu)造應(yīng)力；如果測(cè)定結(jié)果僅大小變化較大而方向未變，則說(shuō)明造成巷道底鼓的主控應(yīng)力為采動(dòng)應(yīng)力；若大小及方向均發(fā)生變化，則說(shuō)明造成巷道底鼓的主控應(yīng)力為原巖應(yīng)力與采動(dòng)應(yīng)力的耦合應(yīng)力。進(jìn)一步，所述改進(jìn)型空芯包體應(yīng)力計(jì)包括用環(huán)氧樹(shù)脂制成的空心圓筒及三個(gè)電阻應(yīng)變花，在空心圓筒的中間部位沿同一圓周等間距嵌埋著三個(gè)電阻應(yīng)變花，每個(gè)電阻應(yīng)變花由四支應(yīng)變片組成，相互間隔45°。進(jìn)一步，所述電阻應(yīng)變花包括周向三支A90、B90、C90應(yīng)變片，軸向三支AO、B0、CO應(yīng)變片，與軸線成+45°方向三支A+45、B+45、C+45應(yīng)變片，以及與軸線成-45°方向三支A-45、B-45、C-45應(yīng)變片，其中，AO、B0、CO應(yīng)變片是在孔周互成120°的三個(gè)位置獨(dú)立測(cè)量軸向應(yīng)變，A90、B90、C90應(yīng)變片是在孔周互成120°的三個(gè)位置獨(dú)立測(cè)量周向應(yīng)變，A+45、B+45、C+45應(yīng)變片是在孔周互成120°的三個(gè)位置獨(dú)立測(cè)量與軸線成+45°方向應(yīng)變，A-45、B-45、C-45應(yīng)變片是在孔周互成120°的三個(gè)位置獨(dú)立測(cè)量與軸線成-45°方向應(yīng)變。進(jìn)一步，所述鉆孔應(yīng)力計(jì)為KSE-11-1型鉆孔應(yīng)力計(jì)。本專利技術(shù)解決了深部地下工程資源開(kāi)采過(guò)程中，在“三高一擾動(dòng)”環(huán)境下，巷道底鼓嚴(yán)重而影響因素復(fù)雜難以判斷的的問(wèn)題，不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道底板地應(yīng)力的測(cè)試，為礦井采掘布置和支護(hù)設(shè)計(jì)提供參考，測(cè)定了采動(dòng)應(yīng)力的大小，也可對(duì)工作面回采后，造成巷道底鼓的主控應(yīng)力的大小及方向進(jìn)行評(píng)估，確定底鼓類型。附圖說(shuō)明圖1為改進(jìn)型空心包體應(yīng)變計(jì)結(jié)構(gòu) 圖2為改進(jìn)型空心包體應(yīng)變計(jì)電阻應(yīng)變片排列圖； 圖3為空芯包體套孔應(yīng)力解除過(guò)程示意 圖4為KSE-11-1型鉆孔應(yīng)力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式下面，參考附圖，對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行更全面的說(shuō)明，附圖中示出了本專利技術(shù)的示例性實(shí)施例。然而，本專利技術(shù)可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而使本專利技術(shù)全面和完整，并將本專利技術(shù)的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。為了易于說(shuō)明，在這里可以使用諸如“上”、“下” “左” “右”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，用于說(shuō)明圖中示出的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語(yǔ)意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對(duì)說(shuō)明可相應(yīng)地解釋。本專利技術(shù)，借助于地質(zhì)綜合柱狀圖和相關(guān)地質(zhì)力學(xué)資料，弄清巷道底板的主受力層。通過(guò)煤電鉆機(jī)在底板上打孔至主受力層并用定向儀在巷道底板主受力層內(nèi)并排同向安裝兩個(gè)內(nèi)置三組應(yīng)變花的改進(jìn)型空芯包體應(yīng)力計(jì)，通過(guò)套孔應(yīng)力解除法對(duì)其中一個(gè)應(yīng)力計(jì)進(jìn)行解除，完成對(duì)巷道底板主受力層所在位置原巖應(yīng)力的大小及方向進(jìn)行測(cè)定。之后，在測(cè)點(diǎn)附近位置的底板及巷幫底腳處分別安裝鉆孔應(yīng)力計(jì)，采用油壓泵撐起液壓鋼枕使其與孔壁接觸，記錄此時(shí)的初始相對(duì)應(yīng)力值。隨著工作面的推進(jìn)所產(chǎn)生的采動(dòng)應(yīng)力將造成圍巖應(yīng)力重新分布，記錄兩個(gè)鉆孔應(yīng)力計(jì)的相對(duì)應(yīng)力變化，待工作面推過(guò)后，完成對(duì)第二個(gè)空芯包體應(yīng)力計(jì)的解除，測(cè)定采動(dòng)影響后巷道底板主受力層的地應(yīng)力大小和方向，通過(guò)對(duì)比鉆孔應(yīng)力計(jì)及巷道底板主受力層回采前后應(yīng)力的變化得出造成巷道底鼓的主控應(yīng)力大小及方向。本專利技術(shù)的具體步驟為首先借助地質(zhì)綜合柱狀圖弄清底板的主受力本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種巷道底鼓主控應(yīng)力測(cè)量的方法，其特征在于，該方法具體為：1）通過(guò)地質(zhì)綜合柱狀圖弄清底板的主受力層，在采掘平面圖上選取受采掘活動(dòng)較小的待測(cè)區(qū)域；2）采用鉆機(jī)在巷道底板上同一鉆孔先后鉆取不同孔徑的兩個(gè)同心鉆孔，鉆孔深度達(dá)到底板主受力層，在鉆孔內(nèi)用定向儀同向安裝內(nèi)置三組應(yīng)變花的改進(jìn)型空芯包體應(yīng)力計(jì)，采用套孔應(yīng)力解除法完成對(duì)未采前巷道底板的主受力層的原始所受應(yīng)力的大小及方向的測(cè)量；3）在其附近的底板及巷幫圍巖底腳處的圍巖體內(nèi)采用煤電鉆鉆取兩個(gè)鉆孔，鉆孔內(nèi)安裝兩個(gè)鉆孔應(yīng)力計(jì)，其中，垂直安裝在底板上的鉆孔應(yīng)力計(jì)，深度要達(dá)到底板主受力層內(nèi)，測(cè)量回采過(guò)程中巷幫巖體受采動(dòng)應(yīng)力影響而傳遞給底板端部應(yīng)力的大小；水平安裝在巷幫圍巖底腳處的鉆孔應(yīng)力計(jì)深入圍巖的距離為巷道寬度的1.2?1.5倍，測(cè)量回采過(guò)程中采動(dòng)應(yīng)力對(duì)底板主受力層的作用力大小；通過(guò)對(duì)初始安裝在巷道主力層內(nèi)的空芯包體應(yīng)力計(jì)進(jìn)行解除，獲得采后底板主受力層所受應(yīng)力的大小及方向；通過(guò)對(duì)比未采動(dòng)前初始主受力層的應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而評(píng)估造成巷道底鼓的主控應(yīng)力，確定巷道底鼓的類型。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種巷道底鼓主控應(yīng)力測(cè)量的方法，其特征在于，該方法具體為: 1)通過(guò)地質(zhì)綜合柱狀圖弄清底板的主受力層，在采掘平面圖上選取受采掘活動(dòng)較小的待測(cè)區(qū)域； 2)采用鉆機(jī)在巷道底板上同一鉆孔先后鉆取不同孔徑的兩個(gè)同心鉆孔，鉆孔深度達(dá)到底板主受力層，在鉆孔內(nèi)用定向儀同向安裝內(nèi)置三組應(yīng)變花的改進(jìn)型空芯包體應(yīng)力計(jì)，采用套孔應(yīng)力解除法完成對(duì)未采前巷道底板的主受力層的原始所受應(yīng)力的大小及方向的測(cè)量; 3)在其附近的底板及巷幫圍巖底腳處的圍巖體內(nèi)采用煤電鉆鉆取兩個(gè)鉆孔，鉆孔內(nèi)安裝兩個(gè)鉆孔應(yīng)力計(jì)，其中，垂直安裝在底板上的鉆孔應(yīng)力計(jì)，深度要達(dá)到底板主受力層內(nèi)，測(cè)量回采過(guò)程中巷幫巖體受采動(dòng)應(yīng)力影響而傳遞給底板端部應(yīng)力的大小；水平安裝在巷幫圍巖底腳處的鉆孔應(yīng)力計(jì)深入圍巖的距離為巷道寬度的1.2-1.5倍，測(cè)量回采過(guò)程中采動(dòng)應(yīng)力對(duì)底板主受力層的作用力大小； 通過(guò)對(duì)初始安裝在巷道主力層內(nèi)的空芯包體應(yīng)力計(jì)進(jìn)行解除，獲得采后底板主受力層所受應(yīng)力的大小及方向；通過(guò)對(duì)比未采動(dòng)前初始主受力層的應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)而評(píng)估造成巷道底鼓的主控應(yīng)力，確定巷道底鼓的類型。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中兩個(gè)同心鉆孔的直徑分別為130mm 和 28mm。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中鉆孔的直徑為42mm。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中通過(guò)手動(dòng)液壓泵使鉆孔應(yīng)力計(jì)上的鋼枕與圍巖接觸，記錄此時(shí)的初始應(yīng)力值；隨著工作面的回采，巷道圍巖的應(yīng)力會(huì)在采動(dòng)應(yīng)力影響下重新分布，待回采工作面推過(guò)鉆孔應(yīng)力計(jì)位置后，鉆孔應(yīng)力計(jì)停止記錄。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，待回采結(jié)束后，采用套孔應(yīng)力解除法對(duì)最初并排同向安裝在巷道底板主受力層內(nèi)的所述空芯包體應(yīng)力計(jì)進(jìn)行解除，測(cè)得回采后巷道底板主受力層所受應(yīng)力的變化，記錄此時(shí)的應(yīng)力大小及方向。6.如權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙善坤，齊慶新，歐陽(yáng)振華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：煤炭科學(xué)研究總院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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