一种煤矿强矿压巷道定向解危方法
【专利摘要】本发明提出了一种煤矿强矿压巷道定向解危方法，该方法采用横向（巷道横截面）卸压和纵向（沿巷道走向）卸压相结合的方式。在巷道方向上每隔5m布置一组钻孔，当侧压系数大于1.5时，水平应力在巷帮钻孔上分解后会挤压底板使之向下运动，并通过两侧钻孔卸压爆破形成底板裂隙区来隔断底板深部传来的应力，来减弱“底鼓”的发展；同时在巷道中每隔一段距离设置一个破碎带，破碎带起到“弹簧体”的作用，吸收沿巷道走向方向水平应力所带来的能量，从根本上解决巷道“底鼓”现象。
【专利说明】一种煤矿强矿压巷道定向解危方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及【技术领域】为煤矿安全领域包括其他地下深部作业安全领域，尤其是当作业中遇到强矿压，并且水平应力远大于垂直应力的情况(侧压系数大于1.5)。
【背景技术】
[0002]强矿压的防治主要分为监控、解危和支护等方面，其中解危卸压方法是根本的防治方法，从源头上减小强矿压对井下巷道的破坏和影响，为矿山安全提供保障。
[0003]总体来说，解危卸压保护原则分为以下几种:
[0004](I)大直径钻孔卸压是通过在巷道两帮及顶底板打IOOmm以上钻孔，钻孔周边煤层会在应力的作用下向钻孔移动，进而会使钻孔周边煤层积聚的能量缓慢释放出来，达到解除冲击危险的目的。
[0005](2)从改变煤层顶板老顶及周围煤体的物理机械特性入手，在两巷顶部及煤体中进行高压及静压注水，以软化煤层顶板岩体及改变煤体物理性质，以达到缓解应力集中，转移释放压力，减缓矿压显现的目的。
[0006](3)煤体卸压爆破是对已形成冲击危险的煤体，用爆破方法减缓其应力集中程度的一种解危措施。卸压爆破在煤体中产生大量裂隙，使煤体的力学性质发生变化，弹性模量减小，强度降低，弹性能减少，破坏了冲击矿压发生的强度条件和能量条件。
[0007]上述强矿压解危方式在垂直应力大于水平应力的煤矿中作用明显，但对于水平应力大于垂直应力的情况并不适用，在某煤矿开采过程中底鼓十分严重，而如“一种微型碎石管注桩治理软岩”(专利号:CN101886545B)等治理底鼓的方法对强矿压条件还有所欠缺。
[0008]针对某矿区水平应力远大于垂直应力的情况，提出了定向解危的方法，采用大直径钻孔和钻孔爆破分别形成“楔形体”的结构解危和裂隙解危，在水平应力大于垂直应力的矿区可以起到良好的解危效果。
【发明内容】
[0009]某些水平应力大于垂直应力的煤田，在强矿压的显现中，水平应力占主导作用。在水平应力作用下，底鼓现象十分明显，而已有的解危措施多注重巷帮和顶板，对底板的重视不够，在这种情况下应重点考虑底板如何卸压。
[0010]本发明在巷道横截面打卸压孔以形成楔形体；在底板两侧进行深孔爆破以形成底板裂隙区；在巷道纵向采用密集布孔、卸压的手段形成巷道弹簧结构。具体参数如下:
[0011]侧压系数大于1.5的情况下取钻孔角度为45°，钻孔直径为65mm及以上，孔深15?10m，以穿过煤层为宜；底板中心大直径钻孔为IOOmm或以上，孔深10?15m。封孔用速凝水泥，长度不小于6m，一次爆破不多于2个孔，不耦合装药，不耦合系数为2.0,每孔装药20kg，孔内串联，孔外并联。
[0012]如图1所示，当水平应力来临的时候，会在巷帮钻孔上分解为沿着钻孔向上的力和垂直钻孔向下的力，巷道两侧底板的水平应力的垂直分量会挤压底板使之向下运动，进而会减弱“底鼓”的产生和发展；同时在强矿压显现较频繁的情况下可以在两侧钻孔实施底部深孔卸压爆破(如图5所示)，爆破之后会在底板产生裂隙区，可以有效隔断底板应力的传播。
[0013]从图2中可以看出，巷道中每隔30m设置一个破碎带，破碎带由5组钻孔组成，其中3组为爆破孔，爆破孔和卸压孔间隔布置。破碎带起到“弹簧体”的作用，吸收来自巷道底板的水平应力所带来的能量。从整个巷道来看，众多“弹簧体”串联在一起，有足够的结构和空间来吸收水平应力，从根本上解决巷道“底鼓”现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为巷道底板横截面受力分析简图,对称分布,A为巷道中心，σ h为底板方向垂直应力，巷道底板两侧钻孔垂直倾角为α。
[0015]图2沿巷道走向形成弹簧体示意图。
[0016]图3底板卸压爆破不意图，对称分布，A为巷道中心，在巷道中间打一大直径钻孔作为两侧爆破孔的临空面，σ h为底板方向垂直应力，巷道底板两侧钻孔底部装条形炸药药卷，起爆后形成爆破裂隙区。
[0017]图4底板深孔爆破钻孔布置示意图。
【具体实施方式】
[0018]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例并配合附图，对本发明进一步详细说明。
[0019]首先，从原理上对巷道受力进行分析
[0020]( I)巷道横截面
[0021]下面具体分析楔形体受力情况，对巷道受力简化为如图1所示，此时在巷道两边角上倾斜打直径若干的钻孔，取巷道横截面分析。
[0022]此时，垂直方向受力平衡，有
[0023]
【权利要求】
1.一种煤矿强矿压巷道定向解危方法，其特征在于，采用横向卸压和纵向卸压相结合的方式进行，其中，该横向指巷道横截面方向，该纵向指沿巷道走向，所述横向卸压是在巷道横截面上通过底板两角的卸压孔形成楔形体以应对横向水平应力，并在两侧钻孔底部进行深孔爆破形成裂隙区来隔绝底板深部传来的应力；所述纵向卸压是在巷道走向上通过疏密结合的众多破碎带来吸收来自沿巷道走向上的水平应力。
2.根据权利要求1所述的定向解危方法，其特征在于，所述横向卸压的具体参数设置如下: 当侧压系数大于1.5时，取钻孔角度为45°，钻孔直径为65mm及以上，孔深15?20m ;底板中心大直径钻孔为IOOmm或以上的直径，孔深l(Tl5m ； 根据权利要求2所述的定向解危方法，其特征在于，用速凝水泥封孔，长度不小于6m，一次爆破不多于2个孔，不耦合装药，不耦合系数为2.0,每孔装药20kg，孔内串联，孔外并联。
3.根据权利要求1所述的定向解危方法，其特征在于，所述纵向卸压的具体参数设置如下: 巷道中每隔30m设置一个破碎带，所述破碎带由5组钻孔组成，其中3组为爆破孔，爆破孔和卸压孔间隔布置。
【文档编号】E21F11/00GK103726872SQ201310745922
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】王金安, 谢俊文, 卢熹, 上官科峰, 李鹏波, 杨世杰 申请人:北京科技大学, 华亭煤业集团有限责任公司