一种基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法，尤其适用于深井、高地应力巷道掘进时对巷道区域应力场优化，属于巷道支护技术领域。
【背景技术】
[0002]巷道的变形是煤矿生产中不可避免的现象，尤其是煤矿进入深部开采以后，巷道转变为高应力巷道。研宄表明，深井高应力巷道的矿压显现特点是巷道水平应力大、开挖就产生显著的变形量、掘巷初期的变形速度大、变形趋于稳定的时间长、长期蠕变、底鼓量大、冲击矿压发生的频率和强度增大，这些特征都增加了巷道支护的难度。而本质上，是由于岩层的压力大，巷道围岩变形量显著增大，支架损坏严重，巷道翻修量剧增，巷道维护变得异常困难。为了保证煤矿的正常生产需要及高产高效，巷道需要大量的翻修，维护费用高。实践表明，深部开采的巷道翻修率可答40 %?80 %，有的甚至高达100 %。深井、高应力巷道的有效支护问题给煤矿的正常生产带来巨大的困扰。
[0003]长期以来，针对深井、高地应力巷道水平应力大、围岩变形量大、变形速度快、不能有效支护、需要经常翻修的问题，国内外学者和煤矿工程技术人员做了大量的研宄，提出了一些应力优化的方法，包括钻孔卸压、切槽、巷外掘巷等等。这些方法虽然在部分地区和个别矿井取得了试验性成功，然而由于地质条件的复杂性和差异性，这些方法仍然没有被普遍的接受和推广使用。且这些方法均与巷道掘进不同步，滞后于掘进端头一定的距离，同时钻孔优化的具体位置存在盲目性，因此不能及时的优化巷道区域的应力场。所以，对于巷道应力场的优化仍需继续研宄，亟需提出一种超前于掘进端头且普遍适用的方法。
【发明内容】
[0004]技术问题:本发明的目的是针对现有的巷道区域应力场优化方法滞后于掘进工作面、盲目卸压的问题，依据巷道围岩的最大主应力差，提供一种对巷道区域应力场进行超前卸压的方法。
[0005]技术方案:本发明的基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法，包括如下步骤:
[0006](I)在紧邻掘进端头的两帮施工应力解除钻孔，用应力解除法测地应力，计算和分析主应力，确定最大主应力差位置与掘进端头的端头垂直距离a，以及最大主应力差位置与巷道两帮部界线的巷道垂直距离为b ;
[0007](2)从掘进端头向左右两侧最大主应力差位置方向施工多列应力优化钻孔，多列应力优化钻孔的终孔位置落在最大主应力差位置处；
[0008](3)在施工的多列应力优化钻孔孔底装药，进行静力爆破，实现优化巷道区域应力场；
[0009](4)继续掘进，当累计掘进进尺达到垂直距离a时，重复步骤(I)、(2)、(3)，对巷道进行区域应力场超前优化，直至完成整个巷道的掘进。
[0010]所述多列应力优化钻孔相邻两列之间的间距c为0.6?2m。
[0011]所述多列应力优化钻孔相邻两排之间的排距d为0.6?1.2m。
[0012]所述应力优化钻孔的长度I依据端头垂直距离a、巷道垂直距离b、间距C、排距d、掘进巷道的断面尺寸和钻孔的列数确定。
[0013]所述多列应力优化钻孔孔底的装药区长度m为I?2m。
[0014]有益效果:本发明通过在紧邻掘进端头的帮部围岩中布置应力解除孔，应用应力解除法测试地应力，得到该掘进巷道围岩中三个主应力的大小和方向。对三个主应力进行计算和分析，得到掘进巷道周边区域主应力差的分布情况，确定最大主应力差的位置。从掘进端头，顺着巷道走向左右对称布置多列应力优化钻孔，终孔落在主应力差最大的位置区域。通过在应力优化钻孔内进行装药爆破，减小最大主应力差，优化巷道区域应力场。在巷道掘进的过程中，循环进行地应力测试、计算最大主应力差位置点、布置应力优化钻孔、静力爆破。应力场优化超前于巷道掘进优化效果较好，优化后的巷道易于维护。具有广阔的应用前景。主要有以下优点:
[0015]1.基于最大主应力差位置对巷道区域应力场进行调整优化，而不是盲目的爆破卸压，可以取的较好的应力场优化效果；
[0016]2.在掘进工作面向前方岩体施工应力优化钻孔，对围岩进行初步卸压；
[0017]3.钻孔爆破超前于巷道的掘进，在巷道变形前完成卸压和区域应力场调整，且爆破时多排钻孔分多次顺序进行，可以取得更好的应力优化效果；
[0018]4.采用静力爆破的方法，不会对浅部围岩进行破坏，浅部围岩的完整性仍较高，有利于对巷道的长时间维护。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法的平面布置示意图；
[0020]图2为图1的1-1剖面布置示意图；
[0021]图3为图1的I1-1I剖面布置示意图。
[0022]图中:1_掘进巷道；2_掘进端头；3_巷道帮部界线；4_应力解除钻孔；5_应力优化钻孔；6_最大主应力差位置；7_装药区。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0024]本发明基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法，具体步骤如下:
[0025](I)实测地应力:在紧邻掘进端头2的两帮中施工应力解除钻孔4，如图1所示，用应力解除进行地应力测试，得到掘进巷道I围岩的三个主应力的大小及方向；
[0026](2)确定最大主应力差位置:通过对三个主应力分析和计算，确定最大主应力差的位置6，该位置与掘进端头2的端头垂直距离为a与巷道帮部界线3的巷道垂直距离为b ；
[0027]布置应力优化钻孔:从掘进端头2向左右两侧最大主应力差位置6方向施工多列应力优化钻孔5，多列应力优化钻孔5的终孔位置落在最大主应力差位置6处；如图2所示，左右布置对称四列应力优化钻孔5，多列应力优化钻孔5相邻两列之间的间距c为0.6?2m ;所述多列应力优化钻孔5相邻两排之间的排距d为0.6?1.2m ;应力优化钻孔5从掘进端头2开始施工，沿着巷道的走向，分别偏向巷道两帮，终孔位置落在第二步中确定的最大主应力差位置6的区域中；所述应力优化钻孔5的长度I依据端头垂直距离a、巷道垂直距离b、间距C、排距d、掘进巷道I的断面尺寸和钻孔的列数确定。
[0028](3)静力爆破:在施工的多列应力优化钻孔5的孔底装药，进行静力爆破的方式，对最大主应力差位置6附近区域进行爆破卸压，实现优化巷道区域应力场；装药从孔底装药区7开始，如图3所示，所述多列应力优化钻孔5孔底的装药区7长度m为I?2m ;可对多排应力优化钻孔5采用不同的爆破顺序进行先后爆破，多次对巷道进行区域应力场优化，以图2为例，首先爆破中间的一排应力优化钻孔5，间隔一段时间以后同时爆破上下两排应力优化钻孔5 ;爆破后最大主应力差位置6处的最大主应力减小，最小主应力增大，主应力差减小，巷道区域应力场从本质上得到优化；
[0029](4)继续掘进，当累计掘进进尺达到垂直距离a时，重复步骤(I)、(2)、(3)，对巷道进行区域应力场超前优化，直至完成整个巷道的掘进。
【主权项】
1.一种基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法，其特在于包括如下步骤: (1)在紧邻掘进端头(2)的两帮施工应力解除钻孔(4)，用应力解除法测地应力，计算和分析主应力，确定最大主应力差位置(6)与掘进端头(2)的端头垂直距离a，以及最大主应力差位置(6)与巷道两帮部界线(3)的巷道垂直距离为b' (2)从掘进端头(2)向左右两侧最大主应力差位置(6)方向施工多列应力优化钻孔(5)，多列应力优化钻孔(5)的终孔位置落在最大主应力差位置(6)处； (3)在施工的多列应力优化钻孔(5)孔底装药，进行静力爆破，实现优化巷道区域应力场； (4)继续掘进，当累计掘进进尺达到垂直距离a时，重复步骤(1)、(2)、(3)，对巷道进行区域应力场超前优化，直至完成整个巷道的掘进。
2.根据权利要求1所述的基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法，其特在于:所述多列应力优化钻孔(5)相邻两列之间的间距c为0.6~2m0
3.根据权利要求1所述的基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法，其特在于:所述多列应力优化钻孔(5)相邻两排之间的排距晚0.6-1.2m。
4.根据权利要求1所述的基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法，其特在于:所述应力优化钻孔(5)的长度7依据端头垂直距离a、巷道垂直距离^间距C、排距A掘进巷道(I)的断面尺寸和钻孔的列数确定。
5.依据权利要求1所述的基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法，其特在于:所述多列应力优化钻孔(5)孔底的装药区(7)长度m为l~2m。
【专利摘要】本发明公开了一种基于主应力差进行巷道区域应力场优化的方法，通过测试掘进巷道围岩的地应力，分析计算得到巷道区域应力场主应力差分布，确定最大主应力差位置相对于掘进端头和巷道帮部界线的坐标。然后从掘进端头向最大主应力差位置施工多列应力优化钻孔，并在钻孔孔底装药区装药进行静力爆破，使最大主应力差减小，从本质上对巷道区域应力场进行优化。该方法应力场优化超前于巷道掘进，优化效果较好，不会对浅部围岩进行破坏，浅部围岩的完整性仍较高，有利于对巷道的长时间维护，优化后的巷道易于维护。具有广阔的应用前景。
【IPC分类】E21B49-00, E21D9-00
【公开号】CN104632229
【申请号】CN201410837201
【发明人】郑西贵, 付世雄, 张农, 花锦波, 岳炜, 张强
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月29日