一種急傾斜巖柱失穩(wěn)監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及采礦工程技術領域，具體涉及一種急傾斜巖柱失穩(wěn)監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002] 巖體穩(wěn)定性監(jiān)測對煤層開采誘發(fā)的災害性結構失穩(wěn)預警有重要的作用。烏魯木齊 井田內富集30多層厚度大于20m且傾角超過45 °的煤層，這些煤層被劃分為急傾斜特厚煤 層。夾持于急傾斜特厚煤層之間的急傾斜巖柱，其受水平分段綜放開采擾動影響會發(fā)生災 害性的結構失穩(wěn)。因此，急傾斜巖柱的結構穩(wěn)定性監(jiān)測方法的研宄對于保障急傾斜特厚煤 層的安全高效開采有著重要的作用。
[0003] 水平分段綜放回采為急傾斜特厚煤層開采提供了有效的方法，這與傳統(tǒng)的緩傾斜 煤層條件下的長壁綜放開采有著顯著的力學體系差別，以往的研宄成果中，國內外許多專 家致力于緩傾斜煤層條件下的煤柱穩(wěn)定性分析，頂板結構穩(wěn)定性分析及金屬礦山開采過程 中階段礦柱的穩(wěn)定性分析等方面。其中，李夕兵（教育部"長江學者"特聘教授、博士生導 師）等基于數(shù)值模擬技術研宄了海底金礦安全開采階段礦柱的穩(wěn)定性問題并計算得出階 段礦柱的最小留設厚度。新疆烏魯木齊井田范圍內的急傾斜特厚煤層角度分布在45°~ 87°，厚度分布在21m至50m，傳統(tǒng)的緩傾斜煤層條件下的巖體穩(wěn)定性分析方法不可適用， 針對急傾斜特厚煤層的巖柱穩(wěn)定性分析也鮮有研宄。
[0004] 現(xiàn)有的巖體穩(wěn)定性監(jiān)測方法主要有聲發(fā)射技術、鉆孔窺視技術及電磁輻射技術 等，監(jiān)測技術手段過多且只是針對大量的圖像與數(shù)據并結合現(xiàn)場實際情況進行簡單的參數(shù) 量化分析，缺乏相關的理論分析；諸多的巖體穩(wěn)定性監(jiān)測方法應用于緩傾斜特厚煤層和金 屬礦山開采方面，主要集中在煤層頂板、區(qū)段煤柱和金屬礦山開采方面的階段礦柱穩(wěn)定性 分析，研宄范圍內的煤（巖）體尺度較?。ㄑ绣硡^(qū)域內的巖體尺寸通常為20m左右），急傾 斜特厚煤層條件下的巖柱為大尺度巖體，寬度分布在49m左右并沿井田范圍延伸，現(xiàn)有的 緩傾斜煤層和金屬礦山開采條件下的巖體穩(wěn)定性分析方法不可適用且在數(shù)據分析方面同 樣缺乏理論依據。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種急傾斜巖柱失穩(wěn)監(jiān)測方法，以解決上述背 景中存在的不足。
[0006] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供以下技術方案：一種急傾斜巖柱失穩(wěn)監(jiān)測方法， 包括步驟：
[0007] 走向楔形斷裂梁結構的提出；
[0008] 鉆孔監(jiān)測布局的設計；
[0009] 全景數(shù)碼鉆孔電視系統(tǒng)監(jiān)測；
[0010] 監(jiān)測數(shù)據代入"摩爾-庫侖"準則演化方程進行運算；
[0011] 失穩(wěn)準側的判斷并得出結論。
[0012] 所述走向楔形斷裂梁結構提出的理論依據為"摩爾-庫侖"強度準則，并定量化提 出與此結構相關的參數(shù)，走向楔形斷裂梁的長度標為L，高度標為△ H，塑性剪切失穩(wěn)面的 傾斜角度標為a。所述走向楔形斷裂梁的長度標為L，高度標為AH，塑性剪切失穩(wěn)面的傾 斜角度標為a。
[0013] 所述鉆孔監(jiān)測布局設計是指結合現(xiàn)場情況，依據寬度超過30cm，長度超過50m的 地表裂隙進行監(jiān)測鉆孔布置，其中監(jiān)測鉆孔的深度大于70m，布局方式沿上述地表裂隙長度 方向間隔20m，并根據地表裂隙長度確定鉆孔數(shù)目。
[0014] 所述全景數(shù)碼鉆孔電視系統(tǒng)監(jiān)測設備優(yōu)選型號為⑶3Q-GA的監(jiān)測儀。
[0015] 所述監(jiān)測數(shù)據代入"摩爾-庫侖"準則演化方程進行運算是指依據全景數(shù)碼鉆孔 電視監(jiān)測系統(tǒng)得出的圖像信息，定量化分析其中預設的參數(shù)，將得出的參數(shù)代入"摩爾-庫 侖"強度準則的演化方程，計算是否能滿足上述平衡方程。
[0016] 所述"摩爾-庫侖"準則演化方程的表達式為(6".3丨丨126〇/^1//=(心.、也2〇(/2^1/-牡卿+(；， 上述表達式中Gps是厚度為lm的楔形面的重力，P為巖體的內摩擦角，C為巖體的內聚力。
[0017] 本發(fā)明中的判斷原理為：急傾斜巖柱發(fā)生的塑性剪切滑移失穩(wěn)過程符合摩爾-庫 侖準則，〇 ps是垂直作用于破壞面上的力，T ps是平行于破壞面上的切應力。因此如下公式 表不它們之間的關系：
[0018]
[0019] 這里認為〇ps與tps是由巖體重力提供，破壞面的傾角為a，因此將巖體的內摩 擦角供和巖體的內聚力C (巖體的內摩擦角供和內聚力C均能夠通過實驗室條件下的巖石力 學試驗獲得），厚度1. 〇m的楔形面重力Gps代入上式中，摩爾-庫侖準則公式演化為如下公 式：
[0021] GD3Q-GA鉆孔監(jiān)測系統(tǒng)對急傾斜巖柱穩(wěn)定性監(jiān)測得到的基本參數(shù)主要有塑性剪切 失穩(wěn)面傾斜角度a，走向楔形斷裂梁的斷裂高度AH以及通過實驗室條件下的巖石力學試 驗獲得的巖體內摩擦角供和內聚力c代入上式平衡方程，判斷是否滿足此平衡方程，方程式 兩邊G ps誤差范圍10KN。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有的有益效果是：本發(fā)明基于"摩爾-庫侖準則"得出 相應的演化表達式，提出走向楔形斷裂梁結構，并設計出合理的鉆孔圖，將全景數(shù)碼鉆孔電 視系統(tǒng)放入鉆孔中監(jiān)測得出圖像，分析圖像得出多組數(shù)據，將上述多組數(shù)據代入"摩爾-庫 侖"演化方程表達式進行運算，并最終得出滿足上述方程平衡的相關參數(shù)，此參數(shù)即為傾斜 煤層巖柱失穩(wěn)的相關參數(shù)，此監(jiān)測方法靈活簡易，通過該方法得出的結果與實際情況吻合 度很高，具有很強的實用價值。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發(fā)明中急傾斜巖柱結構失穩(wěn)監(jiān)測方法的研宄路線；
[0024] 圖2為本發(fā)明中鉆孔監(jiān)測布局設計示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明中鉆孔電視信息采集圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明中急傾斜巖柱走向楔形斷裂梁的結構分析圖。
【具體實施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0028] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"豎直"、"水平"、"頂"、"底"、"內"、"外"等指示的方位或位置關系為基于附圖所 示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)