一种厚煤层工作面冲击地压危险巷道的全方位卸压方法与流程

本发明涉及冲击地压危险防治技术领域，尤其是一种厚煤层工作面冲击地压危险巷道的全方位卸压方法。

背景技术：

冲击矿压是煤矿深部开采面临的典型动力灾害,表现为聚集在煤岩体中的弹性能突然、猛烈释放，动力将煤岩抛向巷道或采场，造成煤岩体强烈震动和破坏、设备损坏和人员伤亡。随着矿井的开拓延伸，矿井冲击地压灾害越来越严重，从目前发生的冲击地压事故来看，冲击地压多数发生在巷道掘进期间或采煤工作面两顺槽，工作面内发生冲击地压的情况较少。

巷道掘进期间，冲击地压解危施工主要采用钻孔卸压、爆破卸压等方法。钻孔卸压采用气动架柱式钻机，打卸压孔之前，先进行应力监测，以查清应力状态及危险程度，由低应力区向高应力区钻进，并同时记录每米钻孔的钻屑量、动力现象和特殊情况。爆破卸压是采用爆破方法减缓其应力集中程度的一种解危措施。

目前，在巷道内的卸压，大多只是对局部的应力集中区域进行卸压，并且在巷道围岩卸压的程度不相同，所以不能保证巷道围岩卸压效果的协调性和整体性，为了改善卸压效果，需要对现有的卸压方法做进一步的改进。

技术实现要素：

为在巷道围岩一定范围内形成圆筒状的弱化带，使巷道围岩内高应力向深部转移，进而保证巷道围岩处于低应力状态，有效避免冲击地压危险，本发明提供了一种厚煤层工作面冲击地压危险巷道的全方位卸压方法，具体技术方案如下。

一种厚煤层工作面冲击地压危险巷道的全方位卸压方法，应用于厚煤层工作面的回采巷道，具体步骤：

a.巷道掘进至冲击地压危险区域时，根据开采条件和地质条件确定卸压方式和卸压参数；

b.在顶板、底板和两帮分别施工卸压，形成筒状卸压带，筒状卸压带的外直径为巷道支护区域直径的2倍以上；

c.确定巷道围岩应力状态，卸压完成后巷道围岩的应力峰值区位于支护区域以外。

优选的是，顶板施工水力分层割缝卸压，在底板施工钻孔注水卸压，在巷道两帮施工大直径钻孔卸压。

优选的是，顶板、底板和两帮分别施工水力分隔割缝卸压，水力分隔割缝卸压的最外圈割缝均位于同一圆周上；所述顶板、底板和两帮还辅助施工爆破预裂卸压或钻孔卸压。

还优选的是，水力分隔割缝卸压的施工具体包括：

a.利用钻机和高压钻杆进行钻孔；

b.钻孔至预定扩孔位置后，将高压钻杆与高压旋转割缝喷嘴相连；

c.开始扩孔，前后移动并间歇旋转钻杆；

d.扩孔后增加一根或多跟钻杆继续进行扩孔，直至完成割缝卸压。

进一步优选的是，巷帮施工大直径钻孔卸压，钻孔的孔径为150mm，孔深为20m，钻孔间距为1m。

进一步优选的是，冲击地压危险区域是利用综合指数法或可能性指数法，并根据煤层冲击倾向性、开采深度、顶底板岩性、构造应力和煤柱进行划分确定。

进一步优选的是，巷道围岩应力状态通过钻屑法或应力在线监测系统确定；所述钻屑法通过煤粉量的测量确定巷道围岩的应力状态。

进一步优选的是，支护区域是以巷道到中心为圆心，巷道宽度和锚索长度之和为半径的柱形区域；所述卸压带受力后闭合产生楔形阻力带。

本发明提供的一种厚煤层工作面冲击地压危险巷道的全方位卸压方法有益效果包括：

(1)该方法主要应用于厚煤层开采中，可以避免外部应力扰动对巷道的影响；根据冲击地压危险区域的判定选择卸压方法及卸压参数，从而保证合理的卸压设计；在顶板、底板和两帮同时进行卸压，形成均匀的圆筒状卸压带，从而可以保证巷道围岩卸压效果的协调性和整体性，当发生冲击时圆筒状的区域可以实现整体受力并防止煤体突出，产生楔形阻力带，从而避免发生冲击地压危险。

(2)该卸压方法还利用水力割缝卸压的方法主动形成筒状卸压带，能够发挥圆形结构均衡让压的特性，卸压完成后保证了应力峰值区域位于支护区域以外，从而使得支护结构可以保持稳定性和安全性。

另外该卸压方法还具有施工简便，提高了巷道的抗冲击能力，改善卸压效果等优点。

附图说明

图1是厚煤层工作面冲击地压危险圆形巷道的卸压布置示意图；

图2是厚煤层工作面冲击地压危险矩形巷道的卸压布置示意图；

图3是厚煤层工作面冲击地压危险半圆拱形巷道的卸压布置示意图；

图4是卸压前后应力分布曲线的示意图；

图5是卸压前后巷道的垂直应力对比曲线；

图6是矩形巷道的支护平面示意图；

图中：1-卸压带，2-卸压钻孔，3-卸压前应力分布曲线；4-卸压后应力分布曲线；5-锚杆，6-锚索，7-槽钢；8-巷道。

具体实施方式

结合图1至图6所示，对本发明提供的一种厚煤层工作面冲击地压危险巷道的全方位卸压方法具体实施方式进行说明。

实施例1

由于厚煤层在叠加应力作用下容易发生塑性滑移，导致巷道围岩应力增加，尤其是在外部扰动应力作用下，煤体发生冲击地压危险性增大。一种厚煤层工作面冲击地压危险巷道的全方位卸压方法，应用于厚煤层工作面的回采巷道，可以避免外部应力扰动对巷道的影响，具体步骤是：

a.巷道掘进至冲击地压危险区域时，根据开采条件和地质条件确定卸压方式和卸压参数。

冲击地压危险区域是利用综合指数法或可能性指数法，并根据煤层冲击倾向性、开采深度、顶底板岩性、构造应力和煤柱进行划分确定。其中地质条件包括岩体内的应力、岩体特征、煤层特征等地质因素，开采条件包括开采技术、煤柱、停采线等。综合指数法是在分析各种开采技术因素、地质因素等对冲击地压的影响，确定各种因素的影响权重，然后将其综合起来，建立冲击地压危险性评价模型并评价与预测冲击危险性的方法。可能性指数法是基于采动应力和冲击倾向性的冲击危险度评价方法，应用模糊数学理论，计算某一应力状态和冲击倾向性指数对“发生冲击地压”的隶属度，进而判断各个区域发生冲击地压的可能性。

其中采用可能性指数法：首先计算采动应力场分布规律；然后测试和计算煤岩体的冲击倾向性；再计算应力和冲击倾向性各自对“发生冲击地压”事件的隶属度；再计算冲击地压发生的可能性指数；最后诊断某一区域冲击地压发生的可能性。

b.在顶板、底板和两帮分别施工卸压，形成筒状卸压带，筒状卸压带的外直径为巷道支护区域直径的2倍以上。卸压带在受力后闭合产生楔形阻力带，当发生冲击时圆筒状的区域可以实现整体受力并防止煤体突出，产生楔形阻力带，从而避免发生冲击地压危险。

顶板可以施工水力分层割缝卸压，在底板施工钻孔注水卸压，在巷道两帮施工大直径钻孔卸压，最终形成圆筒状的卸压带。另外还可以在顶板、底板和两帮分别施工水力分隔割缝卸压，水力分隔割缝卸压的最外圈割缝均位于同一圆周上，水力分隔割缝卸压的最内圈割缝也位于同一圆周上，通过切缝可以确定泄压带的位置，其中内外是按照巷道内向围岩为由内而外的方向。在顶板、底板和两帮还可以辅助施工爆破预裂卸压或钻孔卸压，在不同的位置可以选择合适的卸压方法。

其中水力分隔割缝卸压的施工具体包括：

a.利用钻机和高压钻杆进行钻孔，钻孔至卸压带的位置。

b.钻孔至预定扩孔位置后，将高压钻杆与高压旋转割缝喷嘴相连，开始扩孔。

c.开始扩孔，前后移动并间歇旋转钻杆，以提高扩孔效果。

d.扩孔后增加一根或多跟钻杆继续进行扩孔，直至完成割缝卸压。

c.确定巷道围岩应力状态，卸压完成后巷道围岩的应力峰值区位于支护区域以外。

巷道围岩应力状态通过钻屑法或应力在线监测系统确定，钻屑法通过煤粉量的测量确定巷道围岩的应力状态。其中支护区域是以巷道到中心为圆心，巷道宽度和锚索长度之和为半径的柱形区域。

通过实施全方位立体式卸压，可以造成巷道一定深度围岩发生结构性破坏，形成一个弱化带，引起巷道周边围岩内的高应力向深部转移，从而使巷道周边附近围岩处于低应力区，当发生冲击时，卸压空间能够吸收冲出的煤粉，在卸压区内顶底板的闭合还会产生“楔形”阻力带，能够在一定程度阻止煤体冲出。

实施例2

本实施例以某矿为例，对一种厚煤层工作面冲击地压危险巷道的全方位卸压方法及其有益效果进行说明。

某矿井田为华北型石炭、二叠系煤田，地层从上而下依次为第四系、上第三系、二叠系上统上石盒子组、下统下石盒子组和山西组、石炭系上统太原组、中统本溪组。矿井主采煤层为3煤层，平均厚度3.78m。3301工作面煤层厚度6.0m，工作面进回风巷道采用矩形断面，净宽为4.4m，净高为3.8m，托顶煤施工。顶板选用φ22×2400(mm)的左旋无纵肋螺纹钢锚杆，间排距确定为900×900(mm)；帮部选用φ20×2400(mm)的右旋等强全螺纹钢锚杆，间排距确定为900×900(mm)，锚索选用φ22×8000(mm)的左旋预应力钢绞线，锚索间排距为1800×900(mm)；锚杆托盘150×150×12(mm)；锚索托盘锚杆托盘300×300×12(mm)。

步骤a.巷道掘进至冲击地压危险区域时，根据开采条件和地质条件确定卸压方式和卸压参数。

利用可能性指数法判定工作面超前200m的范围内为强冲击危险区域，并涉及卸压参数，确定了上述的锚杆、锚索，以及水力切割卸压的参数。

步骤b.在顶板、底板和两帮分别施工卸压，形成筒状卸压带，筒状卸压带的外直径为巷道支护区域直径的2倍以上。卸压带在受力后闭合产生楔形阻力带，当发生冲击时圆筒状的区域可以实现整体受力并防止煤体突出，产生楔形阻力带，从而避免发生冲击地压危险。

其中，水力分隔割缝卸压的施工具体包括：

a.利用钻机和高压钻杆进行钻孔，钻孔至卸压带的位置。

b.钻孔至预定扩孔位置后，将高压钻杆与高压旋转割缝喷嘴相连，开始扩孔。

c.开始扩孔，前后移动并间歇旋转钻杆，以提高扩孔效果。

d.扩孔后增加一根或多跟钻杆继续进行扩孔，直至完成割缝卸压。

c.确定巷道围岩应力状态，卸压完成后巷道围岩的应力峰值区位于支护区域以外。

在巷帮辅助施工大直径钻孔卸压，钻孔的孔径为150mm，孔深为20m，钻孔间距为1m。

步骤c.利用钻屑法，确定巷道围岩应力状态，卸压完成后巷道围岩的应力峰值区位于支护区域以外。图4中示出了卸压前后的应力分布曲线，图中虚线为卸压前应力分布曲线，实线为卸压后的应力分布曲线。

钻屑法是通过煤粉量的测量确定巷道围岩的应力状态，通过在煤层中钻小直径钻孔(直径42mm-50mm)，根据钻孔时在不同深度排出的煤粉量及其变化规律以及有关动力现象，判断其应力分布规律。其中支护区域是以巷道的中心为圆心，巷道宽度和锚索长度之和为半径的柱形区域，锚索的外端均分布在同一圆周上。

卸压后可以在支护区域对巷道进行支护，在强冲击区域锚杆、锚索支护全部由端锚改为加长锚固，强冲击危险区及中等以上厚煤层托顶煤巷道采用锚网索梁+大直径托盘、高强度钢带、钢筋网等强抗变形和护表能力的主动高强复合支护方式。保持工作面一次支护，使巷道支护圈成为一个整体匹配的高强+吸能筒状结构，充分发挥圆形结构均衡让压的特性。

另外根据现场监测数据表明，巷道位于整体让压的筒状保护区内整体应力较低，降低了巷道周围的应力集中程度；巷道位于塑性卸压的筒状保护区内整体微震事件数目较少，降低了巷道周围的能量集中情况。

该方法在冲击危险区域通过高压水力切缝实施全方位立体卸压，实现了卸压保护筒范围内能量的释放和转移，不形成冲击事件；还可以在保护圈范围外有能量释放时，卸压被筒能吸收能量，从而达到保护巷道的目的。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。