技术领域本发明涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种近直立的特厚煤层冲击地压的防治方法。
背景技术：
冲击地压通常发生在煤矿开采时，是一种岩体中聚积的弹性变形所产生的势能，在突然发生猛烈释放的情况下，导致岩石破裂、爆裂并弹射出来的现象。随着煤矿开采深度的持续增加和开采范围的不断矿大，冲击地压给矿井带来的威胁和危害也日益严重。冲击地压已成为世界范围内亟待解决的煤矿安全生产问题。对于缓倾斜煤层冲击地压的防治工作，我国及其他主要采煤国家已经形成了多种成型的理论和方法，并在很多矿井取得了较好的应用效果，而关于急倾斜煤层冲击地压防治的相关文献，或是关于倾角更大的近直立特厚煤层的冲击地压防治的相关报道则极为少见。这里所说的急倾斜煤层，是指倾角大于45°的煤层；而近直立煤层的平均倾角达到了87°，为接近90°的近垂直方向的煤层。此外，当煤层厚度大于8m时，可定义为特厚煤层。近直立的特厚煤层主要赋存在我国的西北部，特别是新疆地区。以某公司的煤矿为例，矿井属于典型的急倾斜特厚煤层赋存条件，矿井在数年内相继发生了6次冲击地压事故，严重制约了其煤矿的安全高效生产。从宏观角度上判断，印度洋板块与亚欧板块的相对运动较为频繁，我国西北地区地壳受水平方向应力作用明显，大多处于强烈的压缩状态中。受区域构造水平应力的影响，西北地区部分煤层呈现近直立的状态，受到挤压的作用明显，煤岩体内积聚较高的能量，从地质动力环境判断，近直立特厚煤层往往具备冲击地压发生的动力条件，冲击地压发生的危险性较大。冲击地压通常伴随煤岩抛飞、巨响、气浪，轻则导致岩石脱落，重则会有明显震感，它具有很大的破坏力，是煤矿灾害之一。因此，有必要针对近直立的特厚煤层所产生的冲击地压现象作出防治方法。
技术实现要素：
本发明提供一种能够阻断区域构造水平应力向煤岩体的传递、减缓煤岩体的能量积聚程度、有效降低近直立特厚煤层冲击地压发生的危险性的近直立特厚煤层冲击地压的防治方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种近直立特厚煤层冲击地压的防治方法，包括以下步骤：S1.在每一个阶段的水平煤层开采前，对相应的开采水平的岩柱及煤层顶板、煤层底板进行注水软化；S2.对相应的开采水平的所述岩柱及所述煤层顶板、所述煤层底板进行预裂爆破；S3.对所在阶段的所述水平煤层进行注水软化和卸压爆破；所述岩柱、所述煤层顶板和所述煤层底板均为岩体。进一步地，在执行步骤S3后，对开采过后的所述水平煤层的采空区进行充填。进一步地，在执行步骤S1前，在所述岩体预留硐室。优选地，所述硐室包括若干个石门和若干个钻场，若干个所述石门沿所述岩体的倾向方向布置，若干个所述钻场布置在若干个所述石门的尽头。更进一步地，步骤S1中的所述注水软化方法如下：S11.确定岩体注水钻孔的方位和数量：在每个所述钻场沿所述岩体的走向方向的两侧各布置一个所述岩体注水钻孔；S12.确定所述岩体注水钻孔的深度和间距；S13.封闭所述岩体注水钻孔：封闭所述岩体注水钻孔的长度为所述注水钻孔的长度的1/4。更进一步地，步骤S2中的所述预裂爆破方法如下：S21.确定岩体爆破钻孔的方位和数量：在每个所述钻场沿所述岩体的走向方向的两侧各布置两排所述岩体爆破钻孔，每排所述岩体爆破钻孔布置在对应排的所述岩体注水钻孔的两侧；S22.确定所述岩体爆破钻孔的深度；S23.装药：所述装药的长度为所述岩体爆破钻孔的长度的3/4；S24.确定爆破方式。优选地，每排所述岩体爆破钻孔包括若干个所述岩体爆破钻孔，若干个所述岩体爆破钻孔呈扇形分布。更进一步地，步骤S3中的所述注水软化方法如下：S31.在工作面的联络煤门沿着所述水平煤层的走向方向的两侧各布置若干个所述煤体注水钻孔；S32.采用高压注水与静压注水相结合的方式对水平煤层进行注水软化。更进一步地，步骤S3中的所述卸压爆破方法如下：S33.从水平煤层的开切眼开始，沿所述工作面的走向方向，分别在运输平巷和回风平巷布置若干个煤体爆破钻孔；S34.在所述工作面的每个层位各布置一排所述煤体爆破钻孔。更进一步地，步骤S4中对所述采空区进行充填的方法如下：采用矸石自溜充填，每一开采水平的所述水平煤层回采完毕后，将地表砂土从地表直接充填至矸石的上部。与现有技术相比，本发明的近直立特厚煤层冲击地压的防治方法在每一个阶段的水平煤层开采前，先对岩体进行注水软化，以阻断区域构造水平应力向煤岩体的传递、减缓煤岩体的能量积聚程度，再对岩体进行预裂爆破以释放岩体的压力，而后对所在阶段的水平煤层进行注水软化和卸压爆破，使煤体失去冲击倾向性，有效降低了近直立特厚煤层冲击地压发生的危险性，同时还起到了防灭火的作用，为类似条件矿井的安全高效生产提供技术支持和安全保障。附图说明图1为本发明一实施例中近直立特厚煤层的开采面的俯视图。图2为图1中的A-A截面示意图。图3为图1中的B-B截面示意图。图4为图1中的C-C截面示意图。附图标记对照表：10-水平煤层11-煤体注水钻孔12-煤体爆破钻孔13-联络煤门14-运输平巷15-回风平巷20-岩柱21-岩体注水钻孔22-岩体爆破钻孔30-煤层顶板40-煤层底板51-石门52-钻场60-充填物F1-走向方向F2-倾向方向b-宽度具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。如图1至图4所示为本发明近直立特厚煤层冲击地压的防治方法的实施例。结合图1所示，该防治方法包括以下步骤：S1.在每一个阶段的水平煤层10开采前，对相应的开采水平的岩柱20及煤层顶板30、煤层底板40进行注水软化，以阻断区域构造水平应力向岩体的传递，即减缓岩柱20、煤层顶板30以及煤层底板40的能量积聚程度；S2.对相应的开采水平的岩柱20及煤层顶板30、煤层底板40进行预裂爆破，以有效释放岩柱20、煤层顶板30和煤层底板40的压力，降低水平煤层10的受力程度；S3.对所在阶段的水平煤层10进行注水软化和卸压爆破，在水平煤层10中注水可破坏煤体的层理、节理，使煤体产生较大的裂隙，破坏煤体的整体性，使煤体的脆性减弱、塑性增强，从而改变煤体的物理力学性质，使煤体失去冲击倾向性。这里所说的岩柱20、煤层顶板30和煤层底板40均为岩体，水平煤层10为煤体；且通常将设有井底车场、阶段运输大巷并且担负全阶段运输任务的水平称为开采水平。其中，本实施例中的煤层顶板30和煤层底板40，与煤层的实际生成顺序无关，在近直立特厚煤层的开采面上，一般位于左侧的为煤层顶板，对应图1中的上方位置；位于右侧的为煤层底板，对应图1中的下方位置。本实施例的近直立特厚煤层冲击地压的防治方法能够阻断区域构造水平应力向煤岩体的传递、减缓煤岩体的能量积聚程度、有效降低近直立特厚煤层冲击地压发生的危险性，为类似条件矿井的安全高效生产提供技术支持和安全保障。本实施例采用分层综放开采技术，即分层煤矿综合机械化放顶煤采煤法，由于分层综放开采过后，上部的采空区的充填物质会落到下一水平，一定会有空隙的出现，导致煤体与空气直接接触，容易出现自然发火的现象。作为对本实施例的改进，在执行步骤S3后，对开采过后的水平煤层的采空区进行充填。为了能够在煤岩体中钻取注水钻孔和爆破钻孔，进行相应的注水和爆破工艺，在执行本实施例的步骤S1之前，一般在岩体，即岩柱20、煤层顶板30和煤层底板40预留硐室。硐室是指空间三个轴线长度相差不大且又不直通地面的地下巷道，如绞车房、变电所、煤仓等，其作用是在煤矿井下安装各种设备、机器，存放材料和工具，或作其他专门用途，如机修房、炸药库、休息室等，也有用于突发事故的避灾避险等。本实施例中，硐室包括若干个石门51和若干个钻场52，这些石门51沿着岩体的倾向方向布置，这些钻场52布置在石门51的尽头。这些石门51和钻场52的具体布置方法如下：S01.确定石门51的数量：沿岩体的走向方向F1，在岩柱20、煤层顶板30和煤层底板40布置若干个石门51；S02.确定石门51的长度：这些石门51沿着岩体的倾向方向F2布置，即石门51的长度应接近或达到岩柱20、煤层顶板30或煤层底板40在倾向方向F2上的宽度b的一半，如图1所示。需要说明的是，对于采用分层放顶煤的回采工艺，从地表向下依次开采，每个分层高度为25m，也就是每一次会开采25m厚的煤层。为了防治冲击地压的发生，需要在每一个层位均布置卸压硐室，故石门51的长度应当接近或达到岩柱20、煤层顶板30或煤层底板40在倾向方向F2上的宽度b的一半，即中间位置；S03.确定钻场52的数量：在每个石门51的尽头设置若干个钻场52。钻场52的布置是为了接下来在岩柱20、煤层顶板30和煤层底板40中施工注水钻孔和爆破钻孔，为冲击地压的防治工作的开展提供施工空间。如果直接在石门51中进行，石门51就需要较大的半径，使施工成本升高。此外，需要说明的是，钻场52没有固定的施工标准，只要能容纳人、钻机、钻杆等设备，方便施工即可。优选地，若干个石门51等距布置。等距布置石门51使得煤矿井下施工更为方便，以便确定具体位置。同时，等距布置的石门51，可以使后续的注水钻孔、爆破钻孔等距离留设，使坚硬的岩柱20破碎卸压程度更为均匀，有利于卸压效果的体现。需要说明的是，本实施例中，走向方向指的是煤体或岩体的延伸方向，实际上水平煤层10的走向方向即煤体的走向方向，而煤体的走向方向与岩体的走向方向均可以表示为图1中的F1，也即图1的左右方向；倾向方向指的是与走向方向呈90°的方向，即图1中的F2，也即图1中的上下方向。较佳地，本实施例步骤S1中的注水软化方法如下：S11.确定岩体注水钻孔21的方位和数量：如图1、图2所示，在每个钻场52沿岩体的走向方向F1的两侧各布置一个岩体注水钻孔21；S12.确定岩体注水钻孔21的深度和间距：岩体注水钻孔21的深度和间距可以使相应开采水平的岩体被普遍湿润，可以理解的是，岩体被普遍湿润是指岩体沿走向方向F1和倾向方向F2均被同时湿润；S13.封闭岩体注水钻孔21：封闭岩体注水钻孔21的长度为注水钻孔的长度的1/4，密封性能较佳。较佳地，步骤S2中的预裂爆破方法如下：S21.确定岩体爆破钻孔22的方位和数量：如图2所示，在每个钻场52沿岩体的走向方向F1的两侧各布置两排岩体爆破钻孔22，这两排岩体爆破钻孔22沿岩体的倾向方向F2布置在岩体注水钻孔21的两侧，即每排岩体爆破钻孔22布置在对应排的岩体注水钻孔21的两侧；S22.确定岩体爆破钻孔22的深度：岩体爆破钻孔22的深度可以使相应开采水平的岩体被充分粉碎；S23.装药：装药的长度为岩体爆破钻孔22的长度的3/4；S24.确定爆破方式。一般采用毫秒雷管分组爆破，每次一排岩体爆破钻孔22同时起爆。优选地，每排岩体爆破钻孔22包括若干个岩体爆破钻孔22，如图2所示，多排岩体爆破钻孔22呈扇形分布，岩体爆破钻孔22间的夹角根据所在煤矿井爆破后岩体的经验破碎程度而定。这些岩体爆破钻孔22呈扇形分布，其分布范围广，可以充分利用爆破时的连片效应，当岩体爆破钻孔22的数量相同时，可以卸压的范围更广，这样可以节省投资、降低成本。较佳地，步骤S3中的注水软化方法如下：S31.在工作面的联络煤门13沿着水平煤层10的走向方向F1的两侧各布置若干个煤体注水钻孔11，煤体注水钻孔11的深度和间距可以使相应开采水平的煤体被普遍湿润；可以理解的是，煤体被普遍湿润是指沿水平煤层10的走向方向F1和倾向方向F2均被同时湿润；S32.采用高压注水与静压注水相结合的方式对水平煤层10进行注水软化，注水压力保持在6-10MPa。高压注水可以在很短的时间内让煤体中产生裂隙；静压注水则是让煤体通过裂隙，充分地吸收水分，从而改变煤体的物理力学性质，使煤体失去冲击倾向性。二者相结合的方式使煤体吸收水分的效果更好，使煤体最大程度地降低冲击倾向性。较佳地，步骤S3中的卸压爆破方法如下：S33.从水平煤层10的开切眼开始，沿工作面的走向方向，也即煤体的走向方向F1，分别在运输平巷14和回风平巷15布置若干个煤体爆破钻孔12；S34.在工作面的每个层位各布置一排煤体爆破钻孔12，每排煤体爆破钻孔12可以包括若干个与煤体注水钻孔11垂直的煤体爆破钻孔12。煤体爆破钻孔12与岩体爆破钻孔22的分布形状相似，均呈扇形，如图2、图3所示，岩体爆破钻孔22需要通过钻场52向倾向方向F2的两侧布置，而煤体爆破钻孔12则通过运输平巷14或回风平巷15向煤体中单侧布置。S35.若干个煤体爆破钻孔12的深度及相互间的间距使相应开采水平的煤体被充分粉碎。需要说明的是，开切眼是指回采工作面的开始部位，将运输平巷14和回风平巷15用一条巷道进行贯通，将采煤机、液压支架、刮板运输机等设备安置在里面进行回采作业；而联络煤门13是在掘进过程中，将运输平巷14和回风平巷15进行联通的专用巷道，以便在掘进期间设备的运输和行人通过。实际上，在联络煤门13处设置开切眼即可。较佳地，步骤S4中对采空区进行充填的方法如下：采用矸石自溜充填，每一开采水平的水平煤层10回采完毕后，矸石层位会有一定的下沉，如图4所示，将地表砂土从地表直接充填至矸石的上部，保持原矸石层位的高度不变。可以理解的是，在步骤S4中，对采空区的充填物60可以是多样的物质结构，比如氮气、二氧化碳、充填泡沫等，只要能起到隔绝空气并且本身不发生自燃即可。而考虑到成本低廉和资源丰富，一般直接采用地表的砂土进行充填。本发明实施例的近直立特厚煤层冲击地压的防治方法通过对相应的开采水平的岩柱20、煤层顶板30和煤层底板40进行注水软化和爆破，降低了近直立特厚煤层的冲击危险性，为煤层的安全高效开采提供了保障，同时起到了灭防火的作用，对于近直立特厚煤层赋存条件的煤矿具有普遍适用性，经济、社会效益显著。以上所述实施例仅为清楚说明本发明所作的举例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。