基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法技术

本发明专利技术公开了一种基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法，包括如下步骤：1）确定工作面区段煤柱及断层保护煤柱的宽度，在断层保护煤柱中掘进一条监测与治理巷；2）在监测与治理巷靠近断层一侧布置锚索，使监测与治理巷、锚索以及断层形成一个抗滑移支护整体；3）在锚索端部安装力敏传感器，将力敏传感器与数据采集仪连接使锚索的受力数据持续在数据采集仪中显示；4）在工作面推进过程中，当监测到锚索受力达到预警值时，停止采动，停采位置作为停采线；5）收尾并在收尾后充填监测与治理巷。本发明专利技术通过实时监测手段对断层滑移进行监测，判断断层的滑移对整个开采煤层的影响程度，能更加精确的确定整个回采的进程以及便于停采线的确定。

【技术实现步骤摘要】
基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法
本专利技术属于岩溶塌陷的防治方法
，特别是涉及一种基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法。
技术介绍
中国是世界上采煤最多的国家，大小煤矿遍布全国各个地区，地质条件错综复杂，尤其在中国西南地区，水文地质条件相对于北方较差，且在许多地方存在断层、褶皱等复杂地质构造，为采煤带来了不可忽略的影响，并造成了煤炭资源的浪费。再者，在西南等地区常有星罗棋布的漏斗和洼地，以及形态奇异的溶洞等岩溶地貌，并时常会有溶洞塌陷等自然灾害发生，对井下开采及地表安全造成了一定的影响。传统的开采方法在这种地质构造区域采煤，会留大范围煤柱以避免灾害的发生，这样造成了极大的资源浪费。在煤层群采煤时，上下两巷有时会采用水平布置或倾斜布置，但是这两种布置方式在这种复杂地质构造中存在明显的缺点，其下区段巷道很容易处于煤柱支承压力的影响范围，巷道维护难度很大，且由于上下煤层煤柱错位，上层煤的区段煤柱在下层煤采空影响下破坏，并进一步诱发此煤柱支撑的岩体失稳、运移，扩大上覆岩层竖向移动范围等缺陷，严重的可能导致浅表岩溶洞塌陷。在采煤过程中遇到需要过断层的情况时，需要提前留设断层保护煤柱，断层保护煤柱的确定一般仅仅是依据现有的规程、规范内容留设，但是对于地质条件不同的矿井条件来说，使用现有的留设方法确定煤柱的尺寸存在着不合理的因素。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种能够判断断层的滑移对整个开采煤层的影响程度，且能更加精确的确定整个回采的进程，便于停采线的确定的基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法。本专利技术采用的技术方案是：一种基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法，包括如下步骤：1）确定工作面区段煤柱及断层保护煤柱宽度，并在断层保护煤柱中掘进一条监测与治理巷，监测与治理巷采用锚杆支护，以确保监测与治理巷的相对稳定及正常使用；2）在监测与治理巷靠近断层的一侧布置锚索，使监测与治理巷、锚索及断层形成一个抗滑移支护整体；3）在锚索上安装力敏传感器，将力敏传感器与数据采集仪连接，使锚索的受力数据在数据采集仪中显示；4）在工作面推进过程中，当监测到锚索受力达到预警值时，表明断层滑移及活化受到采动影响剧烈，立即停止采动，此时的停采位置作为回采结束的停采线；5）回采结束后，以监测与治理巷作为收尾的回撤巷道进行收尾，并在收尾后充填监测与治理巷。上述的基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法中，步骤1）中，通过物探法对岩溶发育区中的区域岩溶洞进行位置判断，位于区域岩溶洞下方的下区段回风平巷和上区段运输平巷内的工作面区段煤柱垂直布置。上述的基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法中，步骤1）中工作面区段煤柱宽度，式中：为工作面区段煤柱靠近采空区侧的宽度，M为工作面区段煤柱的高度；其中：式中：H为巷道垂深；f为煤层与顶底板之间的摩擦因素；为煤的单轴抗压强度；R为工作面区段煤柱靠近巷道侧塑性区宽度，，式中：γ为煤体的平均体积力；为巷道等效半径；为支护阻力；为煤体的内摩擦角；C为煤体的粘聚力；根据权利要求1所述的基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法，步骤2）中，锚索孔间排距按下列计算式选取：式中：L-锚索孔长度，m；S-锚索孔间排距，m。上述的基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法中，步骤2）中，锚固锚索时，采用树脂药卷作为锚固剂，当锚索锚固结束之后，对锚索锚固段进行养护，然后再安装托梁、托盘以及锁具，力敏传感器设置在托盘上。上述的基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法中，步骤3）中，将数据采集仪通过STRONGLINK钢索基站连接数据终端进行实时分析。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过实时监测手段对断层滑移进行监测，判断断层的滑移对整个开采煤层的影响程度，能更加精确的确定整个回采的进程，且便于停采线的确定；本专利技术通过将位于区域岩溶洞下方的工作面区段煤柱及断层保护煤柱宽度垂直布置，降低了上覆岩层竖向移动范围及上方岩溶洞塌陷的危险。附图说明图1为回采工作面的平面图。图2为监测与治理巷与断层相对位置及锚索支护图。图3煤层群上下两巷垂直布置图。图中：1.区段回风平巷，2.STRONGLINK钢索基站，3.力敏传感器，4.区段运输平巷，5.锚索，6.锚固段，7.监测与治理巷，8.断层，9.采空区，10.下区段回风平巷，11.上区段运输平巷，12.区段煤柱。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的说明。以某矿矿井13174工作面为例，某矿矿井13174工作面概况：该工作面是13采区回采工作面，南东至13采区运输石门、13采区运输上山，工作面上侧的13172工作面已回采结束，上覆14#煤层未开采、12#煤层已开采，本阶段下伏18#煤层尚无工程，本煤层倾角24°。某矿矿井13174工作面的工程地质条件：该工作面在13174风巷掘进时揭露了1条逆断层(F1)和1条正断层(F2)；13174运巷共揭露3条逆断层(F3、F5、F6)和一条正断层(F4)，对回采影响程度大。13174工作面所在断层倾角39°。一、工作面区段煤柱设计国内的一些教科书及专著中基本达成如下共识，即回釆或开掘巷道后煤柱边缘产生应力集中，煤柱边缘形成塑性区，煤柱靠近采空区侧和巷道侧塑性区宽度分别为X0和R，而煤柱中部仍处于弹性状态，形成弹性核，采动后煤柱保持稳定的基本条件是：“弹性核”宽度不应小于煤柱高度(采高M的两倍)，得到：煤柱宽度。根据经验公式，矿井巷道靠近采空区一侧的保护煤柱的计算公式为：(1)其中：由于13174工作面煤层采厚为2m，巷道垂深为393m，煤的单轴抗压强度为6Mpa，所以设计宽度为。根据弹塑性理论推导出的巷道围岩塑性区宽度R计算公式如下：(2)计算可知，其巷道围岩塑性区宽度为17.7m。故煤柱宽度为：。综上所述，煤层群上下两巷采用垂直分布的布置方式，其中所留煤柱的宽度应至少大于65m，才能限制上覆岩层垂向移动范围，达到防止浅表岩溶洞塌陷的目的。二、断层保护煤柱设计由于煤田内部构造复杂，断层保护煤柱的合理留设问题至关重要，断层保护煤柱尺寸留设过大，则会浪费资源，且直接影响到生产企业的效益。留设过小则会出现煤柱坍塌或断层导水，甚至导致严重的安全事故。目前矿山开采仅靠经验或现象留设保护煤柱，既不安全，又不合理。根据13174工作面附近断层的地质以及水文地质条件，初步计算出较为合理的断层保护煤柱范围，并考虑到断层活化可能导致的突水及对回采工作面造成的影响，初步留设60m的断层保护煤柱。为了避免造成资源的浪费，本专利技术利用智能监测的手段对断层进行活化监测：在已留设的断层保护煤柱中再次掘进一条监测与治理巷7，监测与治理巷7布置在距离断层较安全的20m处，并对监测与治理巷7通过锚杆进行有效的支护，以保证监测与治理巷7的正常使用。通过物探法对岩溶发育区中的区域岩溶洞进行位置判断，位于区域岩溶洞下方的下区段回风平巷和上区段运输平巷内的工作面区段煤柱垂直布置。三、断层保护煤柱中监测与治理巷的锚索支护设计当监测与治理巷已全部掘进并进行合理支护之后，进行监测与治理巷7的锚索5支护设计，锚索选取规格参数如下：1)锚索选用φ22mm的高强度、低松弛的新型19根钢丝制成的钢绞线锚索，锚索5长度选用10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法，包括如下步骤：1）确定工作面区段煤柱及断层保护煤柱的宽度，并在断层保护煤柱中掘进一条监测与治理巷，监测与治理巷采用锚杆支护，以确保监测与治理巷的相对稳定及正常使用；2）在监测与治理巷靠近断层的一侧布置锚索，使监测与治理巷、锚索及断层形成一个抗滑移支护整体；3）在锚索上安装力敏传感器，将力敏传感器与数据采集仪连接，使锚索的受力数据在数据采集仪中显示；4）在工作面推进过程中，当监测到锚索受力达到预警值时，表明断层滑移及活化受到采动影响剧烈，立即停止采动，此时的停采位置作为回采结束的停采线；5）回采结束后，以监测与治理巷作为收尾的回撤巷道进行收尾，并在收尾后充填监测与治理巷。

【技术特征摘要】
1.一种基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法，包括如下步骤：1）确定工作面区段煤柱及断层保护煤柱的宽度，并在断层保护煤柱中掘进一条监测与治理巷，监测与治理巷采用锚杆支护，以确保监测与治理巷的相对稳定及正常使用；2）在监测与治理巷靠近断层的一侧布置锚索，使监测与治理巷、锚索及断层形成一个抗滑移支护整体；3）在锚索上安装力敏传感器，将力敏传感器与数据采集仪连接，使锚索的受力数据在数据采集仪中显示；4）在工作面推进过程中，当监测到锚索受力达到预警值时，表明断层滑移及活化受到采动影响剧烈，立即停止采动，此时的停采位置作为回采结束的停采线；5）回采结束后，以监测与治理巷作为收尾的回撤巷道进行收尾，并在收尾后充填监测与治理巷。2.根据权利要求1所述的基于断层采动活化监测的浅表岩溶塌陷防治方法，步骤1）中，通过物探法对岩溶发育区中的区域岩溶洞进行位置判断，位于区域岩溶洞下方的下区段回风平巷和上区段运输平巷内的工作面区段煤柱垂直布置。3.根据权利要求1所述的基于断...

【专利技术属性】
技术研发人员：李青锋，彭跃金，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43