急倾斜特厚煤层覆岩改性方法与流程

1.本发明涉及煤炭领域，尤其涉及一种急倾斜特厚煤层覆岩改性方法。


背景技术：

2.近年来，随着开采深度的增加，急斜特厚煤层开采过程中动力灾害的发生愈加频繁，频发的动力灾害造成了严重的经济损失，严重制约了矿井安全生产。工作面的回采致使急倾斜特厚煤层覆岩发生破断，覆岩破断时会释放出巨大能量，从震源传导至采掘空间的能量和采掘周围煤岩体聚居的弹性能叠加超过了煤岩体发生破坏的最小能量，便发生了动力灾害现象。随着开采深度增加，采掘作业应力环境随着升高，在新采深高应力条件下，急需解决急倾斜特厚煤层动力灾害控制难题。
3.现有的动力灾害防控技术多从卸压的防治思路进行灾害治理，随着开采深度的增加，高应力环境下，传统的卸压防治技术工艺灾控效果不佳，难以保障新采深下的安全开采。现有的动力灾害防治技术存在过度防治现象，将所有覆岩进行爆破，施工成本较高，有可能致使巷道过度破碎，造成新的支护问题。


技术实现要素：

4.基于以上问题，本发明提出一种急倾斜特厚煤层覆岩改性方法，解决了现有技术中工程实施成本高昂，工序比较复杂，作业效率较低的技术问题。
5.本发明提出一种急倾斜特厚煤层覆岩改性方法，包括：
6.根据急倾斜特厚煤层地质覆层条件和物理力学参数得到煤层开采参数；
7.根据煤层开采参数进行三维建模，并根据实际对急倾斜特厚煤层覆岩采掘过程中每一个微震事件的定位和释放的能量在三维建模上构建急倾斜特厚煤层覆岩的能量场展布规律图；
8.在能量场展布规律图上画出能量释放的总区域，以及总区域内的低能量区域和高能量区域；
9.将采掘工作面的位置顺次与总区域内的低能量区域、高能量区域连接，得到微震聚集路径，微震聚集路径为采掘扰动下能量的传导及释放路径；
10.对低能量区域、高能量区域和微震聚集路径开展改性措施。
11.此外，对高能量区域开展的改性措施为深孔爆破。
12.此外，深孔爆破为在急倾斜特厚煤层的煤体的左下侧和右下侧分别钻孔并装药。
13.此外，左下侧和右下侧分别钻孔时，首先选择钻孔点，然后以钻孔点的延伸线为基准分别向左和向右各钻一个深孔，两个深孔的角度相差10度。
14.此外，对低能量区域和微震聚集路径开展的改性措施为浅层爆破。
15.此外，浅层爆破为在煤体的左下侧和右下侧分别钻孔并装药，且每侧各钻三个浅孔，每两个浅孔之间的角度差大于等于15度。
16.此外，浅孔的长度为深孔的二分之一。
17.此外，两个深孔与水平面的夹角分别为25度和35度；
18.三个浅孔与水平面的夹角分别为25度、45度和60度。
19.此外，在爆破之前，对两个巷道之间的岩柱的中部进行注水。
20.此外，注水的注水孔的长度为135m，角度为6度。
21.本发明解决了现有技术中工程实施成本高昂，工序比较复杂，作业效率较低的技术问题。采用对动力灾害能量释放源头精准定位的方式解决问题，分别对低能量区域、高能量区域和微震聚集路径开展改性措施，实现了低成本的灾害防控。
附图说明
22.图1为本发明一个实施例提供的计算液压支架工作阻力的方法的流程图；
23.图2为本发明一个实施例提供的能量场展布规律图的示意图；
24.图3为本发明一个实施例提供的采动应力路径的示意图；
25.图4为本发明一个实施例提供的急倾斜特厚煤层开采示意图；
26.图5为本发明一个实施例提供的工作面煤层坚硬顶底板深孔爆破施工平面图；
27.图6为本发明一个实施例提供的工作面煤层顶底板深孔爆破施工立面图；
28.图7为本发明一个实施例提供的工作面煤层顶底板浅层爆破孔施工平面图；
29.图8为本发明一个实施例提供的工作面煤层顶底板浅层爆破孔施工平面图；
30.图9为本发明一个实施例提供的岩柱硐室注水布置平面图；
31.图10为本发明一个实施例提供的岩柱硐室注水布置立面图。
具体实施方式
32.以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。
33.参照图1和图4，本发明提出一种计算液压支架工作阻力的方法，包括：
34.步骤s001，根据急倾斜特厚煤层地质覆层条件和物理力学参数得到煤层开采参数；
35.步骤s002，根据煤层开采参数进行三维建模，并根据实际对急倾斜特厚煤层覆岩采掘过程中每一个微震事件的定位和释放的能量在三维建模上构建急倾斜特厚煤层覆岩的能量场展布规律图；
36.步骤s003，在能量场展布规律图上画出能量释放的总区域，以及总区域内的低能量区域和高能量区域；
37.步骤s004，将采掘工作面的位置顺次与总区域内的低能量区域、高能量区域连接，得到微震聚集路径，微震聚集路径为采掘扰动下能量的传导及释放路径；
38.步骤s005，对低能量区域、高能量区域和微震聚集路径开展改性措施。
39.现有的急倾斜动力灾害防治技术主要从岩体卸压和煤体卸压思路展开，对岩体开展爆破和注水，对煤体开展注水卸压措施，实施措施是针对整个岩体和煤体，工程实施成本高昂，工序比较复杂，作业效率较低。现有的动力灾害防治技术没有考虑对能量释放源头、传导路径精准定位，不能实现动力灾害防控技术措施的定点定区域的精准实施。
40.步骤s001中，根据急倾斜特厚煤层地质覆层条件和物理力学参数得到煤层开采参数；
41.地质覆层条件例如为急倾斜特厚煤层煤层倾角在45度以上，厚度在20-50m，采用水平分段综放开采。
42.物理力学参数包括煤层的密度、单轴抗压轻度、泊松比、弹性模量、空隙性、吸水性等。
43.煤层开采参数包括开采的煤层厚度、工作面宽度、割煤机割煤高度和放煤高度，工作面推进速度，开采布局，开采顺序等。
44.根据倾斜特厚煤层地质覆层条件和物理力学参数得到煤层开采参数，举例如下：
45.一般是根据煤层的覆层条件和相关物理力学参数设计煤层的开采参数，由于煤层较厚所以采用放顶煤开采的方式，煤层较厚又导致顶煤不容易垮放需要采取一定的顶煤弱化措施，工作面的宽度一般是煤层的水平宽度，工作面的推进速度以满足矿井产能来设计：
46.比如，以国家能源集团新疆能源有限责任公司乌东煤矿为例，乌东煤矿b3-6煤层赋存稳定，为单斜构造，构造简单。采区范围内无大的断裂也无岩浆侵入现象。b3-6煤层平均厚度为43.5米，倾角86
°
～87
°
，平均倾角87
°
，走向在n58
°
～60
°
之间，全井田范围煤稳定可开采。主要采面包括：+475水平综放面、+450水平综放面、+425水平综放面、+400水平综放面等。
47.+475工作面开采水平为+475m水平，设计走向长度为2520米，工作面设计可采长度：2260米；工作面保安煤柱：260米；工作面设计长度:43米；工作面阶段高度:25米。本工作面平均分层高度为25米，机采3米，放顶煤22米，采放比1：7.33。采煤机截深0.8米，放煤步距1.6米,工作面日推进7.2米。工作面可采储量2810932t，设计回采率为79.82％，工作面生产能力为264.03万t/a，采面服务年限为约为1.07年，综合上述，+475b3+6煤层综放工作面设计服务年限12.8个月。
48.步骤s002中，根据煤层开采参数进行三维建模，并根据实际对急倾斜特厚煤层覆岩采掘过程中每一个微震事件的定位和释放的能量在三维建模上构建急倾斜特厚煤层覆岩的能量场展布规律图；
49.一般是根据工作面的埋深、上覆岩层的厚度及岩性、煤层的厚度与相关物理力学参数、倾角以及工作面的采厚、工作面的推进速度去构建三维模型，分析开采扰动下覆岩的能量场展布规律。
50.步骤s003中，在能量场展布规律图上画出能量释放的总区域，以及总区域内的低能量区域和高能量区域；
51.能量场展布规律图包括能量在空间平面上的分布范围、量值及其位置，如图2煤层回采过程中能量场的分布所示。
52.根据能量场展布规律图可以清晰看出哪个区域的能量值较大，从而就可以判定这个区域发生动力灾害的可能性就越大，用来准确识别灾害发生的潜在区域，为减灾措施的实施提供明确的实施位置。同时根据能量值的大小进一步分析发生动力灾害的危险性，能量值越大发生的可能性越大，越需要尽快的、较大力度的实施控灾措施；能量值较小则发生动力灾害的可能性较小，可以采取较小力度的卸压控灾措施，并需要做好监测能量场的展布动态变化。
53.微震事件的发生位置是微震监测系统自动根据多个微震传感器接收到的震动信号的时间差通过坐标换算计算得出每一个微震事件的三维坐标，从而得出微震事件的发生位置。
54.通过对采掘过程中每一个微震事件的定位和能量的计算，绘制出微震事件的能量场展布云图，根据采掘工作面的位置分析高能量值区域和采掘位置的关系，勾勒出采掘扰动下能量释放的总区域、低能量区域、高能量区域，将采掘工作面的位置顺次与总区域内的低能量区域、高能量区域连接，既是微震聚集路线，该路径既是采掘扰动下能量的传导及释放路径。
55.如图2所示，图中箭头指向的圆圈内的区域是高能量高区域，白色虚线是采掘工作面的位置顺次与总区域内的低能量区域、高能量区域连接的曲线，是采掘扰动下能量的传导及释放路径。
56.步骤s004，将采掘工作面的位置顺次与总区域内的低能量区域、高能量区域连接，得到微震聚集路径，微震聚集路径为采掘扰动下能量的传导及释放路径；
57.通过对采掘过程中每一个微震事件在空间上的定位与能量值的计算，绘制能量场展布云图，该云图动态更新，随着工作面的推进不断发生变化，能量值的标准根据采掘扰动的程度和地质条件发生变化，一般来说采煤工作面的单个微震事件的能量值是100000焦耳，掘进工作面的单个微震事件的能量值是10000焦耳。在云图绘制时根据插值算法均匀计算每一个微震事件在空间网格内能量的展布特征，根据采掘特点及地层结构选择合适的插值算法，一般来说采用三次、多项式高阶插值算法较为精确。如果部分条件下能量值较为集中在某一个区域，比如说断层、褶皱等可以根据情况采用线性插值算法。
58.对采掘扰动下应力路径的描述，在采用微震事件单位计算分析的同时，也可采用对采动应力路径的分析，即图3中曲线所包含的区域，将能量场展布中能量的传导路径与采动应力路径融合分析，提高找到能量传导路径结果的准确性，为控灾位置的确定提高科学支撑。
59.本发明解决了现有技术中工程实施成本高昂，工序比较复杂，作业效率较低的技术问题，采用对动力灾害能量释放源头精准定位的方式解决问题，分别对低能量区域、高能量区域和微震聚集路径开展改性措施，实现了低成本的灾害防控。
60.在其中的一个实施例中，对高能量区域开展的改性措施为深孔爆破。
61.如图5和6所示，实施深孔爆破对动力灾害能量释放源头的覆岩进行改性，降低能量蓄积，从而达到消除源头的目的。
62.在其中的一个实施例中，深孔爆破为在急倾斜特厚煤层的煤体的左下侧和右下侧分别钻孔并装药。如图5所示，对煤体两侧的覆岩均进行爆破。
63.本实施例摸清了动力灾害发生的能量源和传导路径，基于消除源头、弱化传导防治动力灾害思路的精准防控技术，降低动力灾害措施实施的防治成本，实现了动力灾害精准防治的目标，提高了工作面生产的持续性，加快了推进速度。保障了采掘空间的人员与设备安全。
64.孔的角度可以根据实际情况进行选择，不做限制。
65.在其中的一个实施例中，左下侧和右下侧分别钻孔时，首先选择钻孔点，然后以钻孔点的延伸线为基准分别向左和向右各钻一个深孔，两个深孔的角度相差10度。在钻孔时，
选择钻孔点，然后以钻孔点的延伸线为基准分别向左和向右各钻一个深孔，通过多个孔，使爆破效果更好。两个深孔的角度也可以相差其它的度数。
66.如表1所示：
67.表1工作面煤层顶底板深孔爆破爆破孔参数表
[0068][0069]
如图7和8所示，在其中的一个实施例中，对低能量区域和微震聚集路径开展的改性措施为浅层爆破。
[0070]
对低能量区域和微震聚集路径进行浅层爆破，弱化能量传导路径。
[0071]
在其中的一个实施例中，浅层爆破为在煤体的左下侧和右下侧分别钻孔并装药，且每侧各钻三个浅孔，每两个浅孔之间的角度差大于等于15度。
[0072]
如表2所示：
[0073]
表2工作面煤层顶底板浅层爆破孔参数表
[0074][0075]
在其中的一个实施例中，浅孔的长度为深孔的二分之一。
[0076]
设计时，使浅孔的长度为深孔的二分之一，即能够满足各自的爆破要求。
[0077]
在其中的一个实施例中，两个深孔与水平面的夹角分别为25度和35度；
[0078]
三个浅孔与水平面的夹角分别为25度、45度和60度。两个深孔与水平面的夹角不做固定限制，可以为25度和35度，也可以为其它度数。三个浅孔与水平面的夹角可以分别为25度、45度和60度，也可以为其它度数。
[0079]
通过每两个孔之间设计角度，使覆岩爆破的更完全。
[0080]
参照图9和10，在其中的一个实施例中，在爆破之前，对两个巷道之间的岩柱的中部进行注水。
[0081]
在进行爆破之前，对能量释放源头即高能量区域和能量传导路径进行注水措施，由于在+450水平靠近b2巷道侧的岩柱中部存在强度较高的的粉砂岩和b2-b3岩柱，为了防止b2-b3岩柱的能量聚集，在b2巷道顶板侧施工石门工艺巷进行注水卸压工程。
[0082]
在其中的一个实施例中，注水的注水孔的长度为135m，角度为6度。如表3所示：
[0083]
表3 b2-b3岩柱石门注水孔参数表
[0084][0085]
本实施例避免了岩柱的能量聚集。
[0086]
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技
术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。