一种煤矿开采中煤体冲击灾害的防治方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿开采中煤体冲击灾害的防治方法，属于防治冲击地压技术领域。
【背景技术】
[0002]煤炭工业是我国的基础产业，其健康、稳定、持续发展是关系到国家能源安全的重大问题。在煤矿井下，顶底板岩层对煤层具有巨大的相互挤压作用，尤其是长臂梁和砌体梁对回采煤体产生的倾斜作用力以及上区段采空区破碎顶板对区段煤柱的倾斜挤压作用，势必会使煤层产生相对顶底板滑动的趋势，若煤岩层间的摩擦系数较大，就会阻挡煤层的相对滑动，使得煤层中集聚大量弹性能。当水平方向的推力大于摩擦阻力或煤体的抗剪强度，就会造成煤层的突然滑移失稳或冲击破碎，能量释放，从而发生煤体冲击事故，不仅造成井巷破坏、工作面掩埋、人员伤亡、地面建筑物破坏，还会引发瓦斯、煤尘爆炸以及水灾，干扰通风系统，严重威胁着煤矿的生产安全。近年来，随着我国煤矿开采深度的不断加深，煤岩动力灾害日益严重，煤体冲击灾害越来越成为影响煤矿安全生产的重要因素。从煤矿的开采实践来看，煤体冲击灾害数量将逐渐增多，煤体冲击灾害将更加严重。防治煤体冲击的传统方法主要有煤体大直径钻孔卸压、煤体内注水卸压、煤体卸压爆破以及坚硬顶板爆破预卸压等措施，这些方法有一定的效果，但是也有卸压措施较为单一、防治方法不够系统、效果不够明显、存在局限性等缺点。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种煤矿开采中煤体冲击灾害的防治方法，通过降低煤体与顶底板岩层之间的摩擦系数，在顶底板来压时可使煤体相对顶底板岩层滑动，降低煤体内的弹性能积聚，从而将有效减弱或消除煤体滑移失稳或破碎冲击的发生的几率。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:该种煤矿开采中煤体冲击灾害的防治方法，其具体步骤为:
[0005]A、确定摩擦阻力系数:从矿井回采现场采集煤体试样及顶底板岩样，通过实验室粘滑实验以及比例计算确定煤体试样与顶底板岩样的摩擦系数；
[0006]B、确定现场实施相关参数:现场实测得到煤体所受顶底板岩层的作用力N的大小，根据煤体所受轴向应力F的大小及实验室测得摩擦系数μ，确定所需材料钻孔大小、深度以及所需注入的水及细粒煤岩粉量或其他润滑材料量从而降低实验室测得摩擦系数μ，使得
[0007]F = μ Ν ;
[0008]C、现场实施:根据实验以及计算所得材料钻孔大小、深度以及所需水及细粒煤岩粉量或其他润滑材料量，在煤体回采前的两巷内煤体与顶底板岩层之间实施材料钻孔并高压注入水及细粒煤岩粉或其他已知的润滑材料；
[0009]D、效果检验:上述措施实施后，在顶板破断来压期间，在回采两巷内实施监测煤体位移量(即通过测量巷道两帮的移近量确定)，确定增滑效果并根据监测效果确定再次实施增滑措施相关参数。
[0010]进一步，在步骤D中实施增滑效果的同时通过增加煤柱加强两巷的支护强度。
[0011]煤体滑移冲击原理:
[0012]—方面，在煤矿井下回采过程中，在悬臂梁和砌体梁的综合作用下对煤层产生水平和竖直两个方向的作用力。随着工作面不断推进，悬臂梁长度不断增长，同时其对煤体作用力也不断增加。由于煤体与顶底板岩层间存在摩擦阻力作用，煤层很难发生滑动，这样由于作用力的不断增加，煤体中集聚的弹性能不断积累，最后水平方向的推力大于摩擦阻力或煤体的抗剪强度，从而造成煤体突然滑移或冲击破碎，即发生回采煤体冲击灾害。
[0013]另一方面，上区段采空区顶板垮落之后，垮落顶板对两工作面间的煤柱产生侧向挤压作用，这一作用力同样可以分解为水平和竖直两个方向。随着上覆岩层的不断垮落，垮落顶板对煤柱的挤压作用不断增加，煤柱内积聚能量不断增加，当水平方向的推力大于摩擦阻力或煤体的抗剪强度，能量释放，煤柱滑移失稳或破碎突出，从而诱发煤柱冲击破坏。
[0014]本发明通过在煤体回采前的两巷内煤体与顶底板岩层之间实施材料钻孔及高压注入水及细粒煤岩粉或其他已知的润滑材料，从而降低摩擦系数μ ;当摩擦阻力系数μ降低时，发生相对滑动所需推动力F也随之降低，因此接触面上更容易发生相对滑动。这样在顶底板岩层来压时，煤体与顶底板岩层会发生相对互动，这样煤岩体内就会很难产生弹性能积聚，最终将有效减弱或消除煤体滑移失稳或破碎冲击的发生的几率，实现煤体冲击灾害的有效防治。
【附图说明】
[0015]图1是砌体梁、长臂梁对回采煤体作用示意图。
[0016]图2是上区段垮落顶板对区段煤柱作用示意图。
[0017]图3是本发明中粘滑实验装置示意图。
[0018]图4是本发明的现场实施示意图。
[0019]图中:1、煤体；2、伪顶及直接顶；3、老顶；4、上覆岩层；5、采空区；6、煤柱；7、巷道；8、煤体试样；9、顶底板岩样；10、顶底板岩层；12、钻孔。
【具体实施方式】
[0020]下面将对本发明作进一步说明。
[0021]如图1至图4所示，本发明的具体步骤为:
[0022]Α、确定摩擦阻力系数:从矿井回采现场采集煤体试样8及顶底板岩样9，通过实验室粘滑实验以及比例计算确定煤体试样8与顶底板岩样9的摩擦系数；具体将煤岩样按顶板-底板-煤层组合在实验室进行剪切滑移实验，设定一个轴向力Ν，对煤体试样8施加水平方向力F直到煤体试样8发生滑动，根据剪切应力及垂直应力计算摩擦阻力系数:
[0023]μ = F/N
[0024]Β、确定现场实施相关参数:煤矿井下开采前，在煤体内打钻孔12安装钻孔应力计，可实施采集煤体1所受顶底板岩层10的作用力Ν的大小，根据煤体1实际所受水平方向的剪切应力F的大小及实验室测得摩擦系数μ进行相似模拟实验，设定注入材料量形成对比，根据相似模拟实验确定所需材料钻孔大小、深度以及所需注入的水及细粒煤岩粉量或其他润滑材料量从而降低实验室测得摩擦系数μ，使得
[0025]F = μ Ν ;
[0026]C、现场实施:根据实验以及计算所得材料钻孔大小、深度以及所需水及细粒煤岩粉量或其他润滑材料量，在煤体回采前的两巷内煤体1与顶底板岩层10之间实施材料钻孔并高压注入水及细粒煤岩粉或其他已知的润滑材料；为了保证注入材料能够充分覆盖接触面，钻孔直径一般选择110mm左右(与大直径卸压钻孔直径相等)。回采工作面煤岩体接触面上钻孔深度一般设定为工作面长度的一半，钻孔12垂直巷帮布置与煤体1两侧；巷道保护煤柱煤岩体接触面上钻孔12深度一般设定为煤柱6宽度的一半，钻孔12垂直巷帮布置于当前回采巷道一侧；
[0027]D、效果检验:上述措施实施后，在顶板破断来压期间，在回采两巷内实施监测煤体位移量(即通过测量巷道7两帮的移近量确定)，确定增滑效果并根据监测效果确定再次实施增滑措施相关参数。
[0028]进一步，在步骤D中实施增滑效果的同时通过增加煤柱加强两巷的支护强度。
【主权项】
1.一种煤矿开采中煤体冲击灾害的防治方法，其特征在于，其具体步骤为: A、确定摩擦阻力系数:从矿井回采现场采集煤体试样(8)及顶底板岩样(9)，通过实验室粘滑实验以及比例计算确定煤体试样(8)与顶底板岩样(9)的摩擦系数； B、确定现场实施相关参数:现场实测得到煤体所受顶底板岩层(10)的作用力N的大小，根据煤体(1)所受轴向应力F的大小及实验室测得摩擦系数μ，确定所需材料钻孔(12)大小、深度以及所需注入的水及细粒煤岩粉量或其他润滑材料量从而降低实验室测得摩擦系数μ，使得F = μΝ ; C、现场实施:根据实验以及计算所得材料钻孔大小、深度以及所需水及细粒煤岩粉量或其他润滑材料量，在煤体回采前的两巷内煤体(1)与顶底板岩层(10)之间实施材料钻孔并高压注入水及细粒煤岩粉或其他已知的润滑材料； D、效果检验:上述措施实施后，在顶板破断来压期间，在回采两巷内实施监测煤体(1)位移量，确定增滑效果并根据监测效果确定再次实施增滑措施相关参数。2.根据权利要求1所述的一种煤矿开采中煤体冲击灾害的防治方法，其特征在于，在步骤D中实施增滑效果的同时通过增加煤柱(6)加强两巷的支护强度。
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿开采中煤体冲击灾害的防治方法，其具体步骤为：A、确定摩擦阻力系数：通过实验室粘滑实验以及比例计算确定煤体试样与顶底板岩样的摩擦系数；B、确定现场实施相关参数：确定所需材料钻孔大小、深度以及所需注入的水及细粒煤岩粉量或其他润滑材料量从而降低实验室测得摩擦系数μ；C、现场实施：根据实验以及计算所得情况，在煤体回采前的两巷内进行实施；D、效果检验：确定增滑效果并根据监测效果确定再次实施增滑措施相关参数。在顶底板来压时可使煤体相对顶底板岩层滑动，降低煤体内的弹性能积聚，从而将有效减弱或消除煤体滑移失稳或破碎冲击的发生的几率。
【IPC分类】E21F17/00
【公开号】CN105422173
【申请号】CN201510855455
【发明人】陆菜平, 刘洋, 王洪宇, 刘鹏飞, 温思浩
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月27日