(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110359959 A(43)申请公布日 2019.10.22
(21)申请号 201910530190.0(22)申请日 2019.06.19
(71)申请人 中国矿业大学
地址 221116 江苏省徐州市铜山区大学路1
号(72)发明人 刘厅 林柏泉 赵洋 张桂韵
李兵 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限
公司 32200
代理人 周敏(51)Int.Cl.
E21F 17/18(2006.01)E21F 7/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图1页
(54)发明名称
一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法(57)摘要
本发明公开了一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法，在回风巷道向煤层前方中施工探测钻孔，然后在工作面煤壁和探测钻孔的孔内分别布置发射源与探测器，且发射源与探测器位置在同一水平线上；在工作面开采时，通过精准CT探测技术，结合CT值与超前应力和瓦斯含量的定量变化关系，快速准确的探测工作面前方煤层瓦斯含量和超前应力的分布，其测试方法简单，操作性强，测量速度快，效果好，在本领域中具有广泛的实用性。
CN 110359959 ACN 110359959 A
权 利 要 求 书
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1.一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法，其特征在于，包括以下步骤：a.首先在工作面煤壁上处布置发射源(4)，发射源(4)与电源(3)电性连接；b.在工作面回风巷道向煤层中施工探测钻场(5)，根据发射源(4)位置经计算测量后在探测钻场(5)内按照一定角度和一定长度向工作面前方施工若干个探测钻孔(6)，确保所有的探测钻孔(6)与发射源(4)位置均处于同一平面内；
c.在探测钻孔(6)中分别放入探测器(7)，探测器(7)分别电性连接在一个数模转化器(1)上，数模转化器(1)电性连接显示器(2)，探测器(7)、数模转化器(1)以及显示器(2)分别与电源(3)电性连接；
d.开启发射源(4)和探测器(7)，利用发射源(4)向煤层发射X射线或振动波，利用探测器(7)接收发射源信号，探测工作面前方20～30m范围煤层瓦斯含量和超前应力；
e.探测器(7)将接收到的波源通过数模转化器(1)的数模转换计算后，通过显示器(2)显示工作面前方20～30m范围内的瓦斯含量和超前应力对应CT值；
f.根据实验室内测试的不同瓦斯含量和不同应力与CT值的定量变化关系，进一步得到采煤工作面前方20～30m范围内煤层瓦斯含量和超前应力的分布；
g：根据所测得的瓦斯含量和超前应力分布，确定瓦斯含量和超前应力异常区域，然后通过钻孔预抽以及卸压增透的措施消除异常区域危险性；
h：待工作面开采至测定范围截止前5m时重复步骤a-步骤g，继续测定工作面瓦斯含量和超前应力直至工作面开采结束。
2.如权利要求1所述的一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法，其特征在于，步骤b中探测钻孔(6)与探测器((7))的数量均为5个。
3.如权利要求1所述的一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法，其特征在于，步骤b中打钻角度设为a，其计算方法如下：首先确定发射源位置，其距离回风巷道距离设为L1，其次在回风巷道施工探测钻场，其距离工作面距离设为L2，探测器(7)与发射源所需距离设为L3，探测钻孔(6)的打钻角度a的计算公式为：
4.如权利要求3所述的一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法，其特征在于，步骤b中探测钻孔(6)的长度L的计算公式为：
5.如权利要求3所述的一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法，其特征在于，探测器(7)与发射源(4)的距离L3是根据煤层的透气性，地应力的大小以及力学性质的参数综合确定。
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CN 110359959 A
说 明 书
一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法
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技术领域
[0001]本发明涉及瓦斯抽采领域，具体涉及一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法。
背景技术
[0002]近年来，随着煤矿开采深度和强度的增加，矿井的开采环境持续恶化，地质构造较浅部煤层更加复杂，煤层地应力和瓦斯含量不断增大，且煤层透气性较低，瓦斯抽采极其困难，给煤矿的安全生产带来很大考验。由于煤体的非均质特征导致煤体产生应力集中点，若不及时对工作面前方应力及瓦斯含量进行测定并卸压，随着采掘的进行可能会造成煤与瓦斯突出等动力灾害。准确及时的确定煤层瓦斯含量和超前应力的分布情况，对煤层瓦斯抽采以及安全生产具有重要意义。而目前我国大部分煤矿测定采煤工作面瓦斯含量的方法大都通过现场取样后在实验室内进行测试，这种方法不能准确测量煤层的瓦斯含量和压力的分布，且测量结果误差较大。对工作面前方超前应力的测定大都通过现场打钻，然后利用应力传感器进行测量，这种方法无法对传感器进行较好的固定，且传感器极易发生损坏，测量结果误差也较大。
发明内容
[0003]针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法，其通过发射源对采煤工作面瓦斯含量和超前应力的扫描以及探测器的接收处理，结合CT值与超前应力和瓦斯含量的定量变化关系，快速准确的探测工作面前方煤层瓦斯含量和超前应力的分布。[0004]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0005]本发明提供一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法，包括以下步骤：[0006]a.首先在工作面煤壁上处布置发射源，发射源与电源电性连接；[0007]b.在工作面回风巷道向煤层中施工探测钻场，根据发射源位置经计算测量后在探测钻场内按照一定角度和一定距离向工作面前方施工若干个探测钻孔，确保所有的探测钻孔与发射源位置均处于同一平面内；
[0008]c.在探测钻孔中分别放入探测器，探测器分别电性连接在一个数模转化器上，数模转化器电性连接显示器，探测器、数模转化器以及显示器分别与电源电性连接；[0009]d.开启发射源和探测器，利用发射源向煤层发射X射线或振动波，利用探测器接收发射源信号，探测工作面前方20～30m范围煤层瓦斯含量和超前应力；[0010]e.探测器将接收到的波源通过数模转化器的数模转换计算后，通过显示器显示工作面前方20～30m范围内的瓦斯含量和超前应力对应CT值；
[0011]f.根据实验室内测试的不同瓦斯含量和不同应力与CT值的定量变化关系，进一步得到采煤工作面前方20～30m范围内煤层瓦斯含量和超前应力的分布。[0012]g：根据所测得的瓦斯含量和超前应力分布，确定瓦斯含量和超前应力异常区域，
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说 明 书
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然后通过钻孔预抽以及卸压增透的措施消除异常区域危险性；[0013]h：待工作面开采至测定范围截止前5m时重复步骤a-步骤g，继续测定工作面瓦斯含量和超前应力直至工作面开采结束。[0014]优选地，步骤b中探测钻孔与探测器的数量均为5个。[0015]优选地，步骤b中打钻角度设为a，其计算方法如下：首先确定发射源位置，其距离回风巷道距离设为L1，其次在回风巷道施工探测钻场，其距离工作面距离设为L2，探测器与发射源所需距离设为L3，探测钻孔的打钻角度a的计算公式为：
[0016][0017]
优选地，步骤b中探测钻孔的长度的计算公式为：
优选地，探测器与发射源的距离L3是根据煤层的透气性，地应力的大小以及力学性质的参数综合确定。
[0018]本发明的有益效果在于：本发明基于精准CT探测技术，通过发射源对采煤工作面瓦斯含量和超前应力的扫描以及探测器的接收处理，结合CT值与超前应力和瓦斯含量的定量变化关系，快速准确的探测工作面前方煤层瓦斯含量和超前应力的分布；其测试方法简单，操作性强，测量速度快，效果好，在本领域中具有广泛的实用性。附图说明
[0019]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些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本发明实施例中的一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法中各装置的布置示意图；
[0021]图2为本发明实施例中的探测钻孔长度与打钻角度确定计算方法示意图。[0022]附图标记说明：[0023]1－数模转化器，2－显示器，3－电源，4－发射源，5－探测钻场，6－探测钻孔，7－探测器。
具体实施方式
[0024]下面将结合本发明实施例中的附图，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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0025]参照图1，一种采煤工作面瓦斯含量和超前应力快速测定方法，包括以下步骤：[0026]a.首先在工作面煤壁上处布置发射源4，发射源4与电源3电性连接；[0027]b.在工作面回风巷道向煤层中施工探测钻场5，根据发射源4位置经计算测量后在探测钻场5内按照一定角度和一定距离向工作面前方施工若干个探测钻孔6，确保所有的探测钻孔6与发射源4位置均处于同一平面内；
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说 明 书
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c.在探测钻孔6中分别放入探测器7，探测器7分别电性连接在一个数模转化器1
上，数模转化器1电性连接显示器2，探测器7、数模转化器1以及显示器2分别与电源3电性连接；
[0029]d.开启发射源4和探测器7，利用发射源4向煤层发射X射线或振动波，利用探测器7接收发射源信号，探测工作面前方20～30m范围煤层瓦斯含量和超前应力；[0030]e.探测器7将接收到的波源通过数模转化器1的数模转换计算后，通过显示器2显示工作面前方20～30m范围内的瓦斯含量和超前应力对应CT值；
[0031]f.根据实验室内测试的不同瓦斯含量和不同应力与CT值的定量变化关系，进一步得到采煤工作面前方20～30m范围内煤层瓦斯含量和超前应力的分布。[0032]g：根据所测得的瓦斯含量和超前应力分布，确定瓦斯含量和超前应力异常区域，然后通过钻孔预抽以及卸压增透的措施消除异常区域危险性；[0033]h：待工作面开采至测定范围截止前5m时重复步骤a-步骤g，继续测定工作面瓦斯含量和超前应力直至工作面开采结束。
[0034]步骤b中探测钻孔6与探测器7的数量均为5个。[0035]步骤b中打钻角度设为a，参照图2，其计算方法如下：首先确定发射源位置，其距离回风巷道距离设为L1，其次在回风巷道施工探测钻场，其距离工作面距离设为L2，探测器7与发射源所需距离设为L3，探测钻孔6的打钻角度a的计算公式为：
[0036][0037]
步骤b中探测钻孔6的长度L的计算公式为：
探测器7与发射源4的距离L3是根据煤层的透气性，地应力的大小以及力学性质的参数综合确定。[0038]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
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