一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法与流程

本发明属于及煤矿动力灾害防治，具体涉及一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法。

背景技术：

1、冲击地压是我国煤矿最严重的动力灾害，对煤矿工人生命财产安全具有严重的威胁。冲击地压发生时往往是两帮的煤岩体突然破坏并涌入巷道，这是由于巷道两帮接收到的冲击能量超过围岩自身的抗冲击能力造成的。增强巷帮抗冲击能力，防控巷道冲击地压的发生，对于冲击地压源头治理具有重要的意义。对于有冲击地压危险的巷道，煤矿现场往往采用大直径钻孔卸压的方式降低巷帮的应力集中，减轻巷道的冲击危险性。卸压后的巷帮煤体在面对小能量的冲击时，也会通过钻孔变形破坏的方式吸收一部分能量，因此巷帮的抗冲击能力也会有一定的提升，但提升幅度很小，面对大能量的冲击地压事件时，巷帮煤体还不足以抵抗住冲击能量。为了增加巷道冲击地压的安全性，一些吸能锚杆索以及强力锚杆索等支护材料与技术得到研发并应用，但并不能够完全控制住巷帮的冲击。

2、由上述分析可知，现有的技术不能够大幅度直接提升巷帮煤体的抗冲击能力，冲击地压巷道抗冲击能力有待于进一步增加，迫切需要一种能够大幅度直接提升巷帮煤体抗冲击能力的防冲方法。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法，用来解决现有的技术不能够大幅度直接提升巷帮煤体的抗冲击能力的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法，包括以下四个步骤，

3、步骤p1：设计井下巷帮抗冲击能力；

4、步骤p2：设计卸压孔内多孔吸能装置参数；

5、步骤p3：在卸压孔内安装多孔吸能装置；

6、步骤p4：巷帮抗冲击效果监测分析。

7、进一步的，所述的步骤p1包括以下四个步骤：

8、步骤p101：根据工作面矿压监测情况，将本工作面及邻近工作面的历史微震事件最大能量作为采动影响范围内巷帮所需设防最大冲击能量，并通过除以采动影响范围来确定单位长度内巷帮所需设防最大冲击能量w0；

9、步骤p102：巷帮的抗冲击能力可认为由大直径卸压钻孔的抗冲击能力提供，根据防治冲击地压设计，计算单个大直径卸压钻孔的抗冲击能力wc，可用公式(1)进行计算：

10、

11、式中，wc——单个大直径卸压钻孔的抗冲击能力，kj；vs——塑性软化区；δσ——钻孔塑性软化区内煤体的应力增量，mpa；δε——钻孔塑性软化区内煤体的应变增量；ρ——钻孔的塑性软化区半径，m；σc——巷帮煤体单轴抗压强度，mpa；l——钻孔长度，m；e——巷帮煤体弹性模量，gpa；k——巷帮煤体冲击能指数；

12、步骤p103：根据单位长度巷帮大直径卸压钻孔的数量s，可求得单位长度巷道的实际抗冲击能力为s×wc；

13、步骤p104：计算巷道需要增加的抗冲击能力wx可用公式(2)进行计算：

14、wx＝n×w0-s×wc   (2)

15、式中，wx——巷道需要增加的抗冲击能力，kj；n——安全系数；s——大直径卸压钻孔数量。

16、进一步的，所述的步骤p2包括以下三个步骤：

17、步骤p201：设计多孔吸能装置的尺寸参数；多孔吸能装置整体设计为圆柱体，长度设计为3倍的巷帮高度，考虑到为卸压钻孔预留一定的变形量释放压力，直径设计为卸压钻孔直径的80～90％；

18、步骤p202：根据巷道需要增加的抗冲击能力wx，设计多孔吸能装置的吸能参数，吸能参数应满足：

19、s×ve×we≥wx   (3)

20、式中，ve——多孔吸能装置体积，m3；ve——单位体积内多孔吸能材料吸能能，kj/m3；

21、步骤p203：设计多孔吸能装置的强度参数；保证多孔吸能装置的吸能参数满足巷道抗冲击能力需要的基础上，多孔吸能装置的强度应选择0.4～0.9倍的巷帮煤体单轴强度，使其高于煤体的残余强度的同时又低于煤体的峰值强度。

22、进一步的，所述的步骤p3包括以下两个步骤：

23、步骤p301：施工大直径卸压钻孔；

24、步骤p302：将加工好的多孔吸能装置放入卸压钻孔的指定位置。

25、优选的是，步骤p2中所述多孔吸能装置材质为多孔金属材料，多孔金属材料采用泡沫铝、泡沫铁或泡沫铜。

26、优选的是，步骤p2中所述的多孔吸能装置整体设计为圆柱体，也可以设计为与钻孔形状较为匹配的环形圆柱体、多边形棱柱多种结构和尺寸。

27、优选的是，步骤p4中所述的抗冲击效果监测包括但不限于巷道变形监测、微震监测及应力监测。

28、采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：

29、本发明通过在卸压钻孔内安装多孔吸能装置，实现了冲击地压巷道巷帮的卸压与加强抗冲击能力的结合，实现了巷帮的高应力防治和冲击能量防治。

30、传统的大直径钻孔卸压会破坏巷帮煤体使其强度劣化，容易产生巷帮大变形问题。多孔吸能装置在卸压钻孔内的应用避免了卸压钻孔的过度变形，提高了巷帮煤体的残余强度和承载能力，解决了过度卸压引起的巷帮大变形问题。

技术特征：

1.一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法，其特征在于：包括以下四个步骤，

2.根据权利要求1所述的一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法，其特征在于：所述的步骤p1包括以下四个步骤：

3.根据权利要求1或2所述的一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法，其特征在于：所述的步骤p2包括以下三个步骤：

4.根据权利要求3所述的一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法，其特征在于：所述的步骤p3包括以下两个步骤：

5.根据权利要求3所述的一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法，其特征在于：步骤p2中所述多孔吸能装置材质为多孔金属材料，多孔金属材料采用泡沫铝、泡沫铁或泡沫铜。

6.根据权利要求3所述的一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法，其特征在于：步骤p2中所述的多孔吸能装置整体设计为圆柱体，也可以设计为与钻孔形状较为匹配的环形圆柱体、多边形棱柱多种结构和尺寸。

7.根据权利要求1所述的一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法，其特征在于：步骤p4中所述的抗冲击效果监测包括但不限于巷道变形监测、微震监测及应力监测。

技术总结
本发明公开了一种增强巷帮抗冲击能力的冲击地压巷道卸压改性方法，包括以下四个步骤，步骤P1：设计井下巷帮抗冲击能力；步骤P2：设计卸压孔内多孔吸能装置参数；步骤P3：在卸压孔内安装多孔吸能装置；步骤P4：巷帮抗冲击效果监测分析。本发明通过在卸压钻孔内安装多孔吸能装置，实现了冲击地压巷道巷帮的卸压与加强抗冲击能力的结合，实现了巷帮的高应力防治和冲击能量防治。多孔吸能装置在卸压钻孔内的应用避免了卸压钻孔的过度变形，提高了巷帮煤体的残余强度和承载能力，解决了过度卸压引起的巷帮大变形问题。

技术研发人员：王志坚,孙淼,芦盛亮,郝军,徐宁,孙琦,李钢,司广宏,王刚,杨晓国,畅磊鹏,杨阳,张陈冰,王君
受保护的技术使用者：山西潞安集团余吾煤业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15