本发明涉及一种评价方法，特别涉及矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法。
背景技术：
井下巷道是矿井安全生产的重要通道，巷道稳定与否直接影响着矿井能否正常生产、作业人员安全通道是否畅通可靠。巷道围岩应力决定着巷道变形量、顶板离层的大小，进而决定着巷道的稳定与否。巷道围岩应力大小主要受埋深、地质构造、采掘活动等因素的影响，当埋深逐渐增大，围岩应力值也随之增大。我国大部分的井工煤矿地表需堆积大量的矸石，这些矸石堆积过程中形成的渣堆高度不断增长，渣堆范围不断扩大，其下方的巷道围岩应力值将不断变化，巷道的稳定性也将随之发生改变，一旦巷道失稳不仅会影响矿井正常生产，还会造成重大人员伤亡。
目前，关于巷道稳定性监测和评价的方法主要集中于巷道顶底板、两帮移近量及顶板离层量等围岩变形监测方面，该类方法虽具有简单直观的优点，但巷道围岩大变形发生时即意味着巷道已处于不稳定状态，此时再采取防控措施已晚，不能及时保证巷道的稳定安全。巷道围岩变形是应力变化的结果，围岩应力变化早于变形，及时根据应力的变化评价巷道的稳定性，能够较早发现巷道稳定性的变化及异常，对于保证巷道的稳定安全、避免顶板事故的发生具有重要意义。
因此，研究一种基于应力变化的矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的实时动态评价方法，对保障矿井安全生产具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决上述技术中的不足，提供一种操作简单、实用高效的矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法，可以及时动态评价矿山地表渣堆对巷道稳定性的影响程度。
为实现上述目的，本发明的矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法，其包括步骤如下：
步骤一、在地表渣堆堆积前，预先在渣堆设计范围中心区域下方的重要巷道，如进风行人大巷、进风行人上山、回风大巷，或者易受渣堆堆积影响的煤巷中布置四个测试点，四个测试点两两一组分别布置在煤巷两侧；
步骤二、在测试点处施工测试钻孔，在每个测试钻孔中都安装三向应力传感器，将三向应力传感器与数据采集仪连接，三向应力传感器包括x向弹片(3-1)、y向弹片(3-2)和z向弹片(3-3)，数据采集仪对每个三向应力传感器进行连续10天的实时测量和记录；
步骤三、将数据采集仪测量和记录连续10天的三向应力数据传输至计算机，计算机利用公式：
步骤四、根据10天的应力变化率计算结果，确定地表渣堆堆积前煤巷的巷道围岩三向应力变化率的变化范围，包括x方向的应力变化率px的变化范围(pxmin，pxmax)，y方向的应力变化率py的变化范围(pymin，pymax)，z方向的应力变化率pz的变化范围(pzmin，pzmax)，其中，应力变化率px、py、pz皆取绝对值，即pxmin＞0，pymin＞0，pzmin＞0；
步骤五、定义地表渣堆堆积前巷道处于稳定状态时x方向的应力变化率基准值为pxb＝1.5pxmax，y方向的应力变化率基准值为pyb＝1.5pymax，z方向的应力变化率基准值为pzb＝1.5pzmax；
步骤六、将渣堆堆积前巷道处于稳定状态时的三向应力变化率基准值pxb、pyb、pzb输入计算机作为评价标准；
步骤七、在地表渣堆堆积过程中及堆积后，数据采集仪实时采集巷道三向应力数据，并将数据传输至计算机，计算机计算渣堆堆积过程中三个方向的应力变化率px、py、pz，并将计算结果与应力变化率基准值pxb、pyb、pzb进行比较，
若当前应力变化率px、py、pz三值都小于对应的应力变化率基准值pxb、pyb、pzb时，评价巷道处于稳定状态；
若当前应力变化率px、py、pz三值中任意一值大于对应的应力变化率基准值时，评价巷道处于亚稳定状态；
若当前应力变化率px、py、pz三值中任意两值大于对应的应力变化率基准值时，评价巷道处于临界稳定状态；
若当前应力变化率px、py、pz三值都大于对应的应力变化率基准值pxb、pyb、pzb时，评价巷道处于失稳状态。
所述应力测点同侧间距为200-250m，并且随着地表渣堆堆积高度及范围的扩大，及时在煤巷中动态增设新测点，或者在渣堆扩大区域中心下方的其他重要巷道中布设新测点，新设测点同侧间距亦为200-250m。
根据三向应力变化幅度评价巷道稳定性为四个等级：稳定、亚稳定、临界稳定、失稳。当巷道为稳定状态时，可正常生产；当巷道为亚稳定时，应在巷道内增设安全点柱等临时支护措施，并加强围岩变形监测工作；当巷道为临界稳定时，应采取补打锚杆、锚索或套棚等加强支护措施，并加强巷道顶板垮落危险预警与顶板安全管理工作；当巷道为失稳状态时，应立即停止该区域的现场采掘作业，及时撤离作业人员，防止顶板伤亡事故的发生。
有益效果：
本方法通过地表渣堆的堆积使巷道围岩应力及稳定性不断变化的特性，根据巷道围岩三向应力值的实时连续变化，能够实时动态分级评价巷道稳定性，并根据评价结果及时管控巷道顶板安全风险。本方法简单便捷，实用高效，可实现渣堆下巷道稳定性分级评价与风险管控的预先超前性。
附图说明
图1是本发明矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法的测试钻孔布置图。
图2是本发明矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法的三向应力传感器设置示意图。
图3是本发明矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法的工作示意图。
图4是本发明矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法的工作流程图。
图5是本发明矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法三向应力变化图
图中：1-煤巷；2-测试钻孔；3-1-x向弹片；3-2-y向弹片；3-3-z向弹片；4-高压油管；5-数据采集仪；6-高压油泵；7-地表渣堆；8-上覆岩层；9-顶板；10-煤层；11-底板；12-应力传感器；13-计算机；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图1和图3所示，煤矿设计在地表堆积渣堆7，渣堆7设计高度为115m，渣堆7设计范围的中心下方为在煤层10中的1006工作面运输巷/煤巷1，该巷道长约1100m，断面为矩形，煤巷1的顶板9和底板11均为页岩，顶板9上方为上覆岩层8，渣堆7开始堆积后，其高度及范围将持续增加，预计将严重影响1006运输巷的稳定性。以1006运输巷稳定性评价为例说明地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法，具体包括如下步骤：
如图4所示，本发明的矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法，步骤如下：
步骤一、在地表渣堆7堆积前，预先在渣堆7设计范围中心区域下方的重要巷道，如进风行人大巷、进风行人上山、回风大巷，或者易受渣堆堆积影响的煤巷1中布置四个测试点，四个测试点两两一组分别布置在煤巷1两侧；所述应力测点同侧间距为200-250m，并且随着地表渣堆堆积高度及范围的扩大，及时在煤巷1中动态增设新测点，或者在渣堆扩大区域中心下方的其他重要巷道中布设新测点，新设测点同侧间距亦为200-250m；
步骤二、在测试点处施工测试钻孔2，在每个测试钻孔2中都安装三向应力传感器12，将三向应力传感器12与数据采集仪5连接，如图2所述，三向应力传感器12包括x向弹片3-1、y向弹片3-2和z向弹片3-3，三向应力传感器12通过高压油管4与设置在测试钻孔2外侧的高压油泵6，数据采集仪5对每个三向应力传感器12进行连续10天的实时测量和记录；
步骤三、将数据采集仪5测量和记录连续10天的三向应力数据传输至计算机13，计算机13利用公式：
步骤四、根据10天的应力变化率计算结果，确定地表渣堆堆积前煤巷1的巷道围岩三向应力变化率的变化范围，包括x方向的应力变化率px的变化范围(pxmin，pxmax)，y方向的应力变化率py的变化范围(pymin，pymax)，z方向的应力变化率pz的变化范围(pzmin，pzmax)，其中，应力变化率px、py、pz皆取绝对值，即pxmin＞0，pymin＞0，pzmin＞0，如图5所示；
步骤五、定义地表渣堆堆积前巷道处于稳定状态时x方向的应力变化率基准值为pxb＝1.5pxmax，y方向的应力变化率基准值为pyb＝1.5pymax，z方向的应力变化率基准值为pzb＝1.5pzmax；
步骤六、将渣堆堆积前巷道处于稳定状态时的三向应力变化率基准值pxb、pyb、pzb输入计算机13作为评价标准；
步骤七、在地表渣堆7堆积过程中及堆积后，数据采集仪5实时采集巷道三向应力数据，并将数据传输至计算机13，计算机13计算渣堆7堆积过程中三个方向的应力变化率px、py、pz，并将计算结果与应力变化率基准值pxb、pyb、pzb进行比较，
若当前应力变化率px、py、pz三值都小于对应的应力变化率基准值pxb、pyb、pzb时，评价巷道处于稳定状态；
若当前应力变化率px、py、pz三值中任意一值大于对应的应力变化率基准值时，评价巷道处于亚稳定状态；
若当前应力变化率px、py、pz三值中任意两值大于对应的应力变化率基准值时，评价巷道处于临界稳定状态；
若当前应力变化率px、py、pz三值都大于对应的应力变化率基准值pxb、pyb、pzb时，评价巷道处于失稳状态。
根据三向应力变化幅度评价巷道稳定性为四个等级：稳定、亚稳定、临界稳定、失稳。当巷道为稳定状态时，可正常生产；当巷道为亚稳定时，应在巷道内增设安全点柱等临时支护措施，并加强围岩变形监测工作；当巷道为临界稳定时，应采取补打锚杆、锚索或套棚等加强支护措施，并加强巷道顶板垮落危险预警与顶板安全管理工作；当巷道为失稳状态时，应立即停止该区域的现场采掘作业，及时撤离作业人员，防止顶板伤亡事故的发生。
1.一种矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法，其特征在于包括步骤如下：
步骤一、在地表渣堆(7)堆积前，预先在渣堆(7)设计范围中心区域下方的重要巷道，如进风行人大巷、进风行人上山、回风大巷，或者易受渣堆堆积影响的煤巷(1)中布置四个测试点，四个测试点两两一组分别布置在煤巷(1)两侧；
步骤二、在测试点处施工测试钻孔(2)，在每个测试钻孔(2)中都安装三向应力传感器(12)，将三向应力传感器(12)与数据采集仪(5)连接，三向应力传感器(12)包括x向弹片(3-1)、y向弹片(3-2)和z向弹片(3-3)，数据采集仪(5)对每个三向应力传感器(12)进行连续10天的实时测量和记录；
步骤三、将数据采集仪(5)测量和记录连续10天的三向应力数据传输至计算机(13)，计算机(13)利用公式：
步骤四、根据10天的应力变化率计算结果，确定地表渣堆堆积前煤巷(1)的巷道围岩三向应力变化率的变化范围，包括x方向的应力变化率px的变化范围(pxmin，pxmax)，y方向的应力变化率py的变化范围(pymin，pymax)，z方向的应力变化率pz的变化范围(pzmin，pzmax)，其中，应力变化率px、py、pz皆取绝对值，即pxmin＞0，pymin＞0，pzmin＞0；
步骤五、定义地表渣堆堆积前巷道处于稳定状态时x方向的应力变化率基准值为pxb＝1.5pxmax，y方向的应力变化率基准值为pyb＝1.5pymax，z方向的应力变化率基准值为pzb＝1.5pzmax；
步骤六、将渣堆堆积前巷道处于稳定状态时的三向应力变化率基准值pxb、pyb、pzb输入计算机(13)作为评价标准；
步骤七、在地表渣堆(7)堆积过程中及堆积后，数据采集仪(5)实时采集巷道三向应力数据，并将数据传输至计算机(13)，计算机(13)计算渣堆(7)堆积过程中三个方向的应力变化率px、py、pz，并将计算结果与应力变化率基准值pxb、pyb、pzb进行比较，
若当前应力变化率px、py、pz三值都小于对应的应力变化率基准值pxb、pyb、pzb时，评价巷道处于稳定状态；
若当前应力变化率px、py、pz三值中任意一值大于对应的应力变化率基准值时，评价巷道处于亚稳定状态；
若当前应力变化率px、py、pz三值中任意两值大于对应的应力变化率基准值时，评价巷道处于临界稳定状态；
若当前应力变化率px、py、pz三值都大于对应的应力变化率基准值pxb、pyb、pzb时，评价巷道处于失稳状态。
2.根据权利要求1所述的矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法，其特征在于：所述应力测点同侧间距为200-250m，并且随着地表渣堆堆积高度及范围的扩大，及时在煤巷(1)中动态增设新测点，或者在渣堆扩大区域中心下方的其他重要巷道中布设新测点，新设测点同侧间距亦为200-250m。
3.根据权利要求1所述的矿山地表渣堆对井下巷道稳定性影响的评价方法，其特征在于：根据三向应力变化幅度评价巷道稳定性为四个等级：稳定、亚稳定、临界稳定、失稳。当巷道为稳定状态时，可正常生产；当巷道为亚稳定时，应在巷道内增设安全点柱等临时支护措施，并加强围岩变形监测工作；当巷道为临界稳定时，应采取补打锚杆、锚索或套棚等加强支护措施，并加强巷道顶板垮落危险预警与顶板安全管理工作；当巷道为失稳状态时，应立即停止该区域的现场采掘作业，及时撤离作业人员，防止顶板伤亡事故的发生。
技术总结