一种定力钻屑预测冲击地压危险的方法与装置

1.本发明属于冲击地压危险预警技术领域，具体涉及一种定力钻屑预测冲击地压危险的方法与装置。

背景技术：

2.在矿井巷道两侧煤体中打钻屑孔时，钻出的煤粉量与煤体应力状态具有定量的关系，当应力状态不同时，其钻孔的煤粉量也不同。钻屑法就是利用这种原理，往煤体中打直径42～50mm的钻孔，根据钻进过程中单位孔深排出的煤粉量及其变化规律和发生的动力现象，判别煤体应力集中程度、峰值大小及位置，进而预测冲击地压危险的方法。当单位长度的钻屑量增大或超过临界值，或者钻进过程中出现顶钻、卡钻、吸钻、孔内声响等动力现象时，表示应力集中程度增加，冲击地压危险性升高。这种方法能同时检测多项与冲击地压有关的因素，简便易行，便于操作，是我国冲击地压矿井普遍采用的一种冲击地压监测方法。
3.(1)对于含水率高的煤层，由于水的存在，施工过程中难以取得钻进每米钻孔的煤粉量，导致该方法失效。
4.(2)钻孔施工过程中，称量得到的每米钻孔的煤粉量与实际该位置排出的煤粉量存在较大差异，导致预测误差大。
5.(3)利用煤粉量预测，需要测得正常应力区的煤粉量，利用实际煤粉量和正常煤粉量之比来预测冲击地压危险。而正常煤粉量与人为选择的钻孔地点有很大关系，工人主观经验对实际测试结果的影响较大。
6.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现要素：

7.本发明的目的是克服上述现有技术中的不足，提供一种一种定力钻屑预测冲击地压危险的方法与装置。
8.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.一种定力钻屑预测冲击地压危险的方法，在钻进过程中，始终保持钻机以恒定推进力钻进，并实时监测钻机的转速，根据转速比和钻进过程中的动力显现情况判别监测区域是否具有冲击危险性。
10.优选地，钻进过程中，通过监视系统对电机转速进行实时监测，并根据钻进深度及电机转速进行实时绘制钻机转速随钻进深度变化的曲线图。
11.优选地，在正常应力区域，根据钻机转速随钻进深度变化的曲线图多处点位的平均值作为基础转速；
12.在监测区域，实时记录钻机在钻进过程中的电机转速为监测转速；
13.以基础转速比监测转速所得到的数值作为转速比。
14.优选地，对不少于五个在正常应力区施工的钻孔进行钻机转速随钻进深度变化的曲线图的绘制。
15.优选地，在应力重分布以及应力峰值区域进行钻孔，钻孔垂直于煤壁或平行于煤层布置，最大深度为3～4倍巷高；
16.在巷道两帮，钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，相邻钻孔间距为10～30m，回采巷道钻孔应超前工作面距离不少于100m，掘进巷道钻孔应布置在掘进工作面后方60m处；
17.优选地，在回采工作面煤壁，钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，相邻钻孔间距为10～50m。
18.优选地，在掘进工作面，钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，每10m2～20m2布置一个钻孔。
19.优选地，在施工过程中发生卡钻、吸钻、顶钻、异响、孔内冲击现象，则判定为动力显现，该区域有冲击危险。
20.优选地，根据钻进过程实际排出的煤粉及其动力现象确定预警指标的临界值，在转速比超出临界值后判定该区域有冲击危险。
21.一种定力钻屑预测冲击危险地压的装置，包括：
22.钻机车，在钻机车上设有操作台，通过操作台控制钻机以恒定推进力钻进；
23.监视系统，所述监视系统设置在所述钻机车上，以对钻机进行实时监测；
24.在钻进过程中，实时监测钻机的转速，根据转速比和钻进过程中的动力显现情况判别监测区域是否具有冲击危险性。
25.有益效果：本发明所采取的预测冲击地压危险的方法，不需要测试钻屑孔钻进过程中每米排出的煤粉量，对于含水层高和软弱煤层同样适用。同时本发明通过测试钻进过程中钻机的转速，无需测试煤粉量，也相应的避免煤粉量称量误差和工人主观经验差异导致的预测误差。
附图说明
26.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
27.图1为本发明所提供实施例中钻机车的结构简图；
28.图2为本发明所提供实施例中钻机转速随钻进深度变化的曲线图；
29.图3为本发明所提供实施例中回采工作面钻孔布置整体示意图；
30.图4为本发明所提供实施例中掘进工作面钻孔布置整体示意图；
31.图5为本发明所提供实施例中巷道两帮煤壁钻孔布置图；
32.图6为本发明所提供实施例中回采工作面煤壁钻孔布置图
33.图7为本发明所提供实施例中掘进工作面煤壁钻孔布置图。
34.图中：1、钻机车；2、操作台；3、监视系统；4、钻机；5、均质地应力作用下钻进过程中的推力曲线；6、应力集中区处钻进过程中的推力曲线；7、应力集中区处应力曲线；8、区段煤柱；9、采空区；10、实体煤；11、回采工作面；12、掘进工作面；13、巷道两帮煤壁；14、巷道顶板；15、巷道底板；16、回采工作面煤壁；17、回采工作面底板；18、回采工作面顶板；19、掘进工作面煤壁；20、掘进工作面顶板；21、掘进工作面底板。
具体实施方式
35.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
37.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.如图1-7所示，一种定力钻屑预测冲击地压危险的方法，通过钻机4进行钻孔，在钻进过程中，对钻机4进行控制，确保钻机4始终保持恒定推进力进行钻进，并实时监测钻机4的转速，根据转速比和钻进过程中的动力显现情况判别监测区域是否具有冲击危险性。同时本发明通过测试钻进过程中钻机4的转速，无需测试煤粉量，也相应的避免煤粉量称量误差和工人主观经验差异导致的预测误差。在本实施例中，钻机4通过操作装置的控制可以实现作业中保持推进力恒定，具体的可以在钻机4上通过液压缸或者气杆驱动，向液压缸或者气杆通过压力泵提供恒定压强，以此保证恒力驱动，钻机4可以实现作业中转速实时监测和数据传输，在实际钻进中，在只有均质地应力作用下的岩层，钻机4钻进过程中的转速保持恒定。受应力集中区影响，应力集中区下的岩层会有较高的地应力，整体硬度被加强。当钻杆钻进硬度较高的区域时，由于电机的推进力不变，转速会表现出相应的增加现象。具体来说，电机转速会随岩层硬度增加而增加而呈线性趋势。本技术采取的预测冲击地压危险的方法，不需要测试钻屑孔钻进过程中每米排出的煤粉量，对于含水层高和软弱煤层同样适用。
39.在一可选实施例中，钻机可实现“慢”、“中”、“快”三个档位转速和进速控制，转速和进速分别对应巷道围岩的“软”、“中”、“硬”煤层。在钻孔前，前先对地质进行勘探，判别钻进煤层属于“软”、“中”、“硬”煤层的哪种，从而对钻机4档位进行调整。
40.在一可选实施例中，钻进过程中，通过监视系统3对电机转速进行实时监测，并根据钻进深度及电机转速进行实时绘制钻机4转速随钻进深度变化的曲线图，监视系统3包括：检测元件，随电机的转速进行监测；检测元件具体可以为霍尔传感器或者编码器；处理器，根据钻杆的进深以及电机转速实时绘制钻机4转速随钻进深度变化的曲线图；显示屏，用于对钻机4转速随钻进深度变化的曲线图。
41.在本实施例中，在正常应力区域，根据钻机4转速随钻进深度变化的曲线图多处点位的平均值作为基础转速；
42.在监测区域，实时记录钻机在钻进过程中的电机转速为监测转速，其中监测区域为需预测冲击危险地压的区域，以基础转速比监测转速所得到的数值作为转速比。
43.具体的，在正常应力区域，所绘图形x轴为钻杆进深，y轴为电机转速。
44.在监测区域，所绘图形x轴为钻杆进深，y轴为转速比。
45.转速比计算方法为：
46.在正常应力区域，获得钻进过程中钻机转速随钻进深度变化的曲线，取各处的平均值作为基础转速，记为v
0i
。
47.记录监测区钻进过程中钻机4转速随钻进深度变化的曲线，记为v
1i
。
48.计算被测区域钻机转速比
49.在一可选实施例中，在正常应力区域，应对不少于五个在正常应力区施工的钻孔进行钻机转速随钻进深度变化的曲线图的绘制，从而求出平均值，以精确所得出转速比的精度。
50.在一可选实施例中，为最大程度的保证预测准确度，数据选取的原则是：在应力最大值处进行钻孔，具体地，在巷道开挖以及工作面回采过程中会产生应力重分布以及应力峰值区域，在应力峰值区域钻孔判定结果才较为可靠。布孔密度和间距根据现场工作面情况而定，太密会破坏岩石强度，太梳则易会降低判别准确度。作为优选地，钻孔垂直于煤壁或平行于煤层布置，最大深度为3～4倍巷高，更进一步，最大深度一般不超过15m。
51.在巷道两帮，钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，相邻钻孔间距为10～30m，回采巷道钻孔应超前工作面距离不少于100m，掘进巷道钻孔应布置在掘进工作面后方60m处；如图3-5，回采巷道钻孔应超前工作面距离l1不少于100m，掘进巷道钻孔应布置在掘进工作面后方60m处(l2)，巷道两帮钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，相邻钻孔间距d1为10～30m，进一步的，掘进和回采巷道的钻孔布置方式相同。
52.在回采工作面煤壁，钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，相邻钻孔间距为10～50m。，如图6，回采工作面煤壁钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，相邻钻孔间距d2为10～50m。
53.在掘进工作面，钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，每10m2～20m2布置一个钻孔。如图7，掘进工作面钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，每10m2～20m2布置一个钻孔。
54.在一可选实施例中，实时监测钻进过程中的转速以及转速比变化，以一个钻孔进程中的转速比最大值为准，根据所得转速比和钻进过程中的动力显现情况判别该区域是否具有冲击危险性。在施工过程中发生卡钻、吸钻、顶钻、异响、孔内冲击现象，则判定为动力显现，该区域有冲击危险。
55.在一可选实施例中，根据钻进过程实际排出的煤粉及其动力现象确定预警指标的临界值，在转速比超出临界值后判定该区域有冲击危险。
56.在采用钻屑法开展冲击地压监测预警时，可根据下述钻孔过程中冲击危险性判别表进行预警。
57.钻孔过程中冲击危险性判别表
[0058][0059]
需要说明的是，以上测定结果仅适用于当前被测区域。
[0060]
在一可选实施例中，本发明还提供一种定力钻屑预测冲击危险地压的装置，包括钻机车1、监视系统3：钻机车1具有车轮，可在巷道内进行移动，在钻机车1上设有操作台2，通过操作台2控制钻机，使以恒定推进力钻进；监视系统3设置在钻机车1上，以对钻机进行实时监测；监视系统3包括：检测元件，随电机的转速进行监测；检测元件具体可以为霍尔传感器或者编码器；处理器，根据钻杆的进深以及电机转速实时绘制钻机转速随钻进深度变化的曲线图；显示屏，用于对钻机转速随钻进深度变化的曲线图，在钻进过程中，实时监测钻机的转速，根据转速比和钻进过程中的动力显现情况判别监测区域是否具有冲击危险性，并将预判结构显示在显示屏上，更进一步的，可以设置蜂鸣器或者爆闪灯，在预判具有冲击危险性的时候，处理器驱动蜂鸣器或者爆闪灯，以在巷道内提醒相关操作人员。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本技术实施例对此并不进行限定。
[0061]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种定力钻屑预测冲击地压危险的方法，其特征在于，在钻进过程中，始终保持钻机以恒定推进力钻进，并实时监测钻机的转速，根据转速比和钻进过程中的动力显现情况判别监测区域是否具有冲击危险性。2.根据权利要求1所述的定力钻屑预测冲击地压危险的方法，其特征在于，钻进过程中，通过监视系统对电机转速进行实时监测，并根据钻进深度及电机转速进行实时绘制钻机转速随钻进深度变化的曲线图。3.根据权利要求2所述的定力钻屑预测冲击地压危险的方法，其特征在于，在正常应力区域，根据钻机转速随钻进深度变化的曲线图多处点位的平均值作为基础转速；在监测区域，实时记录钻机在钻进过程中的电机转速为监测转速；以基础转速比监测转速所得到的数值作为转速比。4.根据权利要求3所述的定力钻屑预测冲击地压危险的方法，其特征在于，对不少于五个在正常应力区施工的钻孔进行钻机转速随钻进深度变化的曲线图的绘制。5.根据权利要求1所述的定力钻屑预测冲击地压危险的方法，其特征在于，在应力重分布以及应力峰值区域进行钻孔，钻孔垂直于煤壁或平行于煤层布置，最大深度为3～4倍巷高；在巷道两帮，钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，相邻钻孔间距为10～30m，回采巷道钻孔应超前工作面距离不少于100m，掘进巷道钻孔应布置在掘进工作面后方60m处。6.根据权利要求5所述的定力钻屑预测冲击地压危险的方法，其特征在于，在回采工作面煤壁，钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，相邻钻孔间距为10～50m。7.根据权利要求5所述的定力钻屑预测冲击地压危险的方法，其特征在于，在掘进工作面，钻孔距离地面高度为0.5～1.5m，每10m2～20m2布置一个钻孔。8.根据权利要求5-7所述的定力钻屑预测冲击地压危险的方法，其特征在于，在施工过程中发生卡钻、吸钻、顶钻、异响、孔内冲击现象，则判定为动力显现，该区域有冲击危险。9.根据权利要求1所述的定力钻屑预测冲击地压危险的方法，其特征在于，根据钻进过程实际排出的煤粉及其动力现象确定预警指标的临界值，在转速比超出临界值后判定该区域有冲击危险。10.一种定力钻屑预测冲击危险地压的装置，其特征在于，包括：钻机车，在钻机车上设有操作台，通过操作台控制钻机以恒定推进力钻进；监视系统，所述监视系统设置在所述钻机车上，以对钻机进行实时监测；在钻进过程中，实时监测钻机的转速，根据转速比和钻进过程中的动力显现情况判别监测区域是否具有冲击危险性。

技术总结

本发明涉及冲击地压危险预警技术，具体涉及一种定力钻屑预测冲击地压危险的方法与装置，其特征在于，在钻进过程中，始终保持钻机以恒定推进力钻进，并实时监测钻机的转速，根据转速比和钻进过程中的动力显现情况判别监测区域是否具有冲击危险性。本发明所采取的预测冲击地压危险的方法，不需要测试钻屑孔钻进过程中每米排出的煤粉量，对于含水层高和软弱煤层同样适用。同时本发明通过测试钻进过程中钻机的转速，无需测试煤粉量，也相应的避免煤粉量称量误差和工人主观经验差异导致的预测误差。差。差。