專利名稱：深部煤巷沖擊地壓卸壓與加固協(xié)同防治方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦開采時(shí)沖擊地壓的防治方法。
背景技術(shù)：
隨著煤礦開采向深部開采的轉(zhuǎn)移，我國(guó)煤礦沖擊地壓日趨嚴(yán)重，發(fā)生在煤巷中的沖擊地壓約占總量的80%左右。如何對(duì)離地表800米以上距離的深部煤巷(沖擊地壓進(jìn)行有效防治，已經(jīng)成為我國(guó)深部煤炭安全開采的重要瓶頸之一。目前，用于巷道圍巖沖擊地壓防治主要集中在監(jiān)測(cè)預(yù)警、煤體預(yù)破裂和圍巖加固三個(gè)方面。在沖擊地壓監(jiān)測(cè)方面，有微地震、聲發(fā)射(ZL91204948)、電磁輻射等。對(duì)煤體預(yù)破裂處理方法，主要包括采煤工作面上下順槽巷道掘出后，通過(guò)深孔預(yù)注水或水力切縫(如專利申請(qǐng)?zhí)?01010231230)和深孔放炮松動(dòng)爆破(如專利申請(qǐng)?zhí)?201010188993)破壞煤巖體，弱化煤巖體強(qiáng)度，釋放煤體積蓄能量，起到降低沖擊地壓強(qiáng)度的目的。通過(guò)圍巖加固來(lái)防治沖擊地壓也是煤礦常用的方法，如采用錨桿、金屬網(wǎng)、噴砼、0 型鋼棚復(fù)合支護(hù)方式，提高巷道支護(hù)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)巷道全斷面支護(hù)，有效遏制沖擊地壓造成巷道冒頂、底鼓、摧毀支架及顛翻設(shè)備等現(xiàn)象，如專利申請(qǐng)?zhí)?00910012835公開內(nèi)容。在巷道壁面易發(fā)生沖擊地壓的區(qū)域安設(shè)彎曲螺紋錨桿(能提供大變形能力和較高承載能力)， 在壁面其它區(qū)域安設(shè)普通螺紋錨桿(如專利申請(qǐng)?zhí)?01010277188)；所述的彎曲螺紋錨桿中部設(shè)置彎曲段且不錨固，其它桿體均錨固于巖體，并安設(shè)托板形成一定預(yù)應(yīng)力；該方法的支護(hù)結(jié)構(gòu)不僅能承受靜態(tài)下的高應(yīng)力荷載的作用，還能抵御沖擊地壓時(shí)的動(dòng)荷載作用。上述方法，對(duì)防治深部煤巷沖擊地壓存在以下四方面顯著不足一是深孔放炮松動(dòng)爆破時(shí)，無(wú)法科學(xué)確定深孔爆破的深度和實(shí)施最佳爆破時(shí)間；二是無(wú)法確定深部煤巷通過(guò)加強(qiáng)支護(hù)防止沖擊地壓的圍巖厚度及其安全性；三是不適合深部煤巷圍巖內(nèi)沿著厚度方向出現(xiàn)的不連續(xù)破壞區(qū)域的情形四是沒(méi)有把爆破卸壓與強(qiáng)化加固一并統(tǒng)籌考慮，而是把卸壓與爆破分開來(lái)進(jìn)行防治深部煤巷沖擊地壓。

發(fā)明內(nèi)容
為彌補(bǔ)上述技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種卸壓與加固協(xié)同防治方法。本發(fā)明基于鉆孔電視技術(shù)(即深孔攝像探測(cè)與分析處理技術(shù))，首先對(duì)深部煤巷圍巖不連續(xù)破裂分布及隨采動(dòng)支承壓力演化規(guī)律進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)探測(cè)結(jié)果確定深孔爆破的深度，并進(jìn)行深部爆破卸壓，最后確定巷道圍巖周邊淺部圍巖阻擋層范圍及加固方法，從而達(dá)到卸壓與加固的最優(yōu)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)深部采動(dòng)煤巷沖擊地壓防治的目的。本發(fā)明的技術(shù)方法是第一步采用鉆孔電視技術(shù)對(duì)鉆孔孔壁巖性、原生裂隙分布情況，如原生裂隙的方向、縫隙間隔距離進(jìn)行探測(cè)；其探測(cè)過(guò)程為
1、向離地表800米以上距離的煤層深部鉆孔，打開鉆孔電視探測(cè)記錄儀，使其處于錄制狀態(tài)，并清零；2、利用導(dǎo)桿人工沿鉆孔軸心推進(jìn)攝像頭，直到鉆孔底部，若鉆孔深，可以依次外接導(dǎo)桿加長(zhǎng)；3、通過(guò)彩色攝像探頭實(shí)測(cè)鉆孔內(nèi)巖層圖像，由視頻傳輸線將視頻信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)液晶顯示屏上，由深度計(jì)數(shù)器記錄攝像頭進(jìn)入鉆孔的深度，在顯示屏幕上可顯示不同深度鉆孔內(nèi)壁巖性、裂隙分布、離層等；4、編制計(jì)算機(jī)圖像處理軟件，對(duì)鉆孔內(nèi)破裂分布進(jìn)行二次成像，得到每個(gè)鉆孔圍巖內(nèi)巖層破裂程度及裂隙的尺寸；將每個(gè)測(cè)站圍巖內(nèi)巖層破裂的位置由外向內(nèi)依次描繪在圖上，并且將間隔不大于0. 2m的破裂劃分為一個(gè)分區(qū)；每個(gè)分區(qū)用多義線連接起來(lái)，并用十字網(wǎng)格充填，由內(nèi)向外依次設(shè)為破裂分區(qū)1、破裂分區(qū)2、破裂分區(qū)3、...；最后，根據(jù)每個(gè)破裂分區(qū)內(nèi)巖層破裂形式和程度分為完全破碎區(qū)、松動(dòng)破碎區(qū)、裂隙區(qū)和裂縫與離層共存區(qū)；破裂分區(qū)之間為完整區(qū)，依次設(shè)為完整區(qū)1、完整區(qū)2、完整區(qū)3、...。第二步，進(jìn)行深孔爆破對(duì)圍巖進(jìn)行爆破卸壓；爆破卸壓時(shí)取4個(gè)交替的完整區(qū)域范圍作為控制沖擊地壓的主要層位；深孔爆破第三、四個(gè)完整區(qū)，使之積蓄的能量釋放；深孔爆破時(shí)，首先在回采巷道支承壓力峰值附近的幫部煤體中鉆孔，炮眼間距 4. 0 6m，鉆孔深度應(yīng)達(dá)到深部巷道圍巖第三或第四個(gè)完整區(qū)域范圍內(nèi)，一般在IOm范圍內(nèi)；炮眼裝藥量以達(dá)到既能松動(dòng)煤巖體，又不致于崩散煤巖體的效果，裝藥量與待爆破的體積、煤巖體的可爆性、炸藥的類型、炮眼填塞情況等因素有關(guān)，每炮眼裝藥3. OKg范圍內(nèi)。第三步，加固阻擋層；阻擋層取第二個(gè)完整區(qū)以內(nèi)所有巖層，一般厚3 4m，對(duì)阻擋層實(shí)施加固，成為一個(gè)完整承載層；加固時(shí)分為兩種情況一是當(dāng)阻擋層內(nèi)完整區(qū)巖層厚度大于2米時(shí)，采用錨桿+錨索加固方案；錨桿的長(zhǎng)度應(yīng)保證錨固段處于深部巷道第二個(gè)完整巖層中，通過(guò)錨桿提供的預(yù)緊力，來(lái)提高破碎巖體的抗剪強(qiáng)度，使破裂巖體形成一個(gè)承載層；在錨桿加固的基礎(chǔ)上，再采用錨索補(bǔ)強(qiáng)，將錨桿支護(hù)形成的承載層與深部圍巖相連接，錨索錨固端應(yīng)處在巷道圍巖中深部爆破的破裂區(qū)之外的完整巖層內(nèi)。這樣，通過(guò)錨桿、錨索把靠近圍巖表面一定范圍內(nèi)的巖層，加固成一個(gè)具有一定厚度、承載強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體，以對(duì)深部圍巖破壞時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)動(dòng)力的有效阻擋，達(dá)到防治沖擊地壓的目的。二是當(dāng)阻擋層內(nèi)破壞區(qū)巖層厚度大于2米，在上述加固方式基礎(chǔ)上，對(duì)錨桿支護(hù)范圍內(nèi)的裂隙進(jìn)行注漿加固，注漿深度為2. 0 2. 5m。本發(fā)明的積極作用是1、本方法通過(guò)鉆孔攝像探測(cè)分析，準(zhǔn)確地確定了圍巖沿厚度方向不連續(xù)破裂區(qū)的分布，為確定深孔爆破卸壓深度與加固阻擋層厚度范圍，提供了可靠保證，避免了盲目性；2、本方法不僅考慮深部卸載爆破，讓能量集中區(qū)向圍巖更深部轉(zhuǎn)移；而且加固圍巖淺部的阻擋區(qū)，并在能量集中區(qū)與加固區(qū)間留有一定范圍的緩沖區(qū)，卸固協(xié)同，從而有效地防止了沖擊地壓的發(fā)生；3、與目前常用的防治沖擊地壓方法相比，不僅避免了卸壓與加固脫節(jié)的弊端，而且爆破孔深大變小，大幅度降低深部鉆孔爆破的難度，而且加固的技術(shù)元素都是生產(chǎn)容易實(shí)現(xiàn)的，簡(jiǎn)單易行；4、應(yīng)用范圍廣。在采礦和各類深部巖體工程中可以有效防治沖擊地壓、巖爆等重大巖石力學(xué)災(zāi)害。


圖1是實(shí)施例原巷道斷面及支護(hù)參數(shù)圖；圖2是實(shí)施例圍巖破裂分區(qū)圖；
圖3是實(shí)施例炮眼布置示意圖；圖4是實(shí)施例爆破鉆孔裝藥示意圖；圖5是采用錨桿+錨索加固方案斷面圖；圖6實(shí)施例錨桿+錨索加固參數(shù)修正圖；圖7是采用錨桿+錨索+注漿加固方案斷面圖；圖8是卸固協(xié)同防治沖擊地壓原理圖。
具體實(shí)施例方式下面以某礦2222東回風(fēng)巷為例，進(jìn)一步說(shuō)明技術(shù)方法。某礦2222東回風(fēng)巷位于-IlOOm擴(kuò)大區(qū)第二亞階段，用于2222東回采工作面通風(fēng)、行人、運(yùn)輸、管線敷設(shè)、工作面裝備等需要。該巷道沿第二層煤掘進(jìn)，煤層厚2. 2 3. 4m, 煤層傾角為19 21°，平均傾角為20. 5° ；煤層普氏硬度系數(shù)f = 2-6，具有沖擊傾向性。 煤層頂板為細(xì)砂巖和中砂巖，細(xì)砂巖平均厚度3m，灰白，節(jié)理較發(fā)育，中砂巖平均厚度15m， 灰白色，中粒，厚層理。設(shè)計(jì)巷道斷面為不等高梯形，巷道中高2. 6m,中寬3. 6m，斷面凈面積 9. 36m2。原設(shè)計(jì)支護(hù)方式頂板采用直徑Φ20mm、長(zhǎng)度2000mm高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿+金屬菱形網(wǎng)+W錨帶進(jìn)行支護(hù)，頂板錨桿間排距為850mmX800mm。在巷道頂板中部增加單根錨索加固支護(hù)，錨索長(zhǎng)度為4. 5m，沿巷道走向間隔4m。兩幫采用金屬全螺紋鋼等強(qiáng)錨桿+金屬菱形網(wǎng)+W鋼托板支護(hù)，兩幫錨桿間排距為上幫900mmX 800mm，下幫800mmX 800mm。原設(shè)計(jì)方案如圖1所示。本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施如下1、按照技術(shù)方案的第一步技術(shù)方法，使用鉆孔電視對(duì)正在施工的上述回風(fēng)巷進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)地點(diǎn)選擇滯后掘進(jìn)頭70m處的巷道幫部，在該處布置松動(dòng)爆破鉆孔，炮眼距底板 1. 2m。 鉆孔電視測(cè)試結(jié)果，巷幫內(nèi)第三個(gè)完整區(qū)位于3. 4 4. Om范圍內(nèi)，如圖2所示。因此，決定進(jìn)行卸壓爆破。2、按照技術(shù)方案的第二步技術(shù)方法，深孔爆破第三個(gè)完整區(qū)，炮眼布置如圖3所示，炮眼間距5m，單排布置，炮眼距底板1. 2m,角度平行于底板、垂直于煤幫，鉆孔深度為 3. 5m。如圖4所示，爆破采用煤礦安全許用乳化炸藥，炮眼裝藥長(zhǎng)度0. 5m，采用正向裝藥爆破，每孔裝藥3. OKg,裝藥后剩余炮孔應(yīng)封滿水炮泥和黃泥，封孔長(zhǎng)度3m。用毫秒延期第一段電雷管配合FMB-200型發(fā)爆器起爆，一次爆破5個(gè)鉆孔。3、按照技術(shù)方案的第三步技術(shù)方法加固阻擋層，頂板支護(hù)采用直徑Φ20πιπι、長(zhǎng)度2. 4m高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力讓壓錨桿+金屬菱形網(wǎng)+W錨帶支護(hù)，頂板錨桿間排距為由原來(lái)的800X800mm改為700mmX 700mm ；兩幫采用金屬全螺紋鋼等強(qiáng)錨桿+金屬菱形網(wǎng)+W鋼托板支護(hù)，錨桿長(zhǎng)度為2. 2m,間排距為700mmX700mm ；在巷道頂板和幫的中部各增加單根錨索加固支護(hù)，錨索長(zhǎng)度為5. 3m，沿巷道走向間隔4m。加固原理如圖6所示；實(shí)際加固參數(shù)如圖 7所示。當(dāng)破壞區(qū)巖層厚度大于2米時(shí)，在上述加固方式基礎(chǔ)上，對(duì)錨桿支護(hù)范圍內(nèi)的裂隙進(jìn)行注漿加固，注漿深度為2. 0 2. 5m。如圖8所示。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明該巷道監(jiān)測(cè)指標(biāo)均在臨界值以下，如圖3所示。而且在采煤期間未再發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1. 一種深部煤巷沖擊地壓卸壓與加固協(xié)同防治方法，其特征在于，步驟如下第一步采用鉆孔電視技術(shù)對(duì)鉆孔孔壁巖性、原生裂隙分布情況，其探測(cè)過(guò)程為①向離地表800米以上距離的煤層深部鉆孔，打開鉆孔電視探測(cè)記錄儀，使其處于錄制狀態(tài)，并清零；②利用導(dǎo)桿人工沿鉆孔軸心推進(jìn)攝像頭，直到鉆孔底部，當(dāng)鉆孔深時(shí)，依次外接導(dǎo)桿加長(zhǎng)；③通過(guò)彩色攝像探頭實(shí)測(cè)鉆孔內(nèi)巖層圖像，由視頻傳輸線將視頻信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)液晶顯示屏上，由深度計(jì)數(shù)器記錄攝像頭進(jìn)入鉆孔的深度，在顯示屏幕上可顯示不同深度鉆孔內(nèi)壁巖性、裂隙分布和離層情況；④編制計(jì)算機(jī)圖像處理軟件，對(duì)鉆孔內(nèi)破裂分布進(jìn)行二次成像，得到每個(gè)鉆孔圍巖內(nèi)巖層破裂程度及裂隙的尺寸；將每個(gè)測(cè)站圍巖內(nèi)巖層破裂的位置由外向內(nèi)依次描繪在圖上，并且將間隔不大于0. 2m的破裂劃分為一個(gè)分區(qū)；每個(gè)分區(qū)用多義線連接起來(lái)，并用十字網(wǎng)格充填，由內(nèi)向外依次設(shè)為破裂分區(qū)1、破裂分區(qū)2、破裂分區(qū)3...依此類推；最后，根據(jù)每個(gè)破裂分區(qū)內(nèi)巖層破裂形式和程度分為完全破碎區(qū)、松動(dòng)破碎區(qū)、裂隙區(qū)和裂縫與離層共存區(qū)；破裂分區(qū)之間為完整區(qū)，依次設(shè)為完整區(qū)1、完整區(qū)2、完整區(qū)3.....依此類推；第二步，進(jìn)行深孔爆破對(duì)圍巖進(jìn)行爆破卸壓；爆破卸壓時(shí)取四個(gè)交替的完整區(qū)域范圍作為控制沖擊地壓的主要層位；深孔爆破第三、四個(gè)完整區(qū)，使之積蓄的能量釋放；深孔爆破時(shí)，首先在回采巷道支承壓力峰值附近的幫部煤體中鉆孔，炮眼間距4. 0 6m，鉆孔深度應(yīng)達(dá)到深部巷道圍巖第三或第四個(gè)完整區(qū)域范圍內(nèi)；要求炮眼裝藥量以達(dá)到既能松動(dòng)煤巖體，又不致于崩散煤巖體的效果；第三步，加固阻擋層；阻擋層取第二個(gè)完整區(qū)以內(nèi)所有巖層，對(duì)阻擋層實(shí)施加固，成為一個(gè)完整承載層；加固時(shí)分為兩種情況一是當(dāng)阻擋層內(nèi)完整區(qū)巖層厚度大于2米時(shí)，采用錨桿+錨索加固方案；錨桿的長(zhǎng)度應(yīng)保證錨固段處于深部巷道第二個(gè)完整巖層中，通過(guò)錨桿提供的預(yù)緊力，來(lái)提高破碎巖體的抗剪強(qiáng)度，使破裂巖體形成一個(gè)承載層；在錨桿加固的基礎(chǔ)上，再采用錨索補(bǔ)強(qiáng)，將錨桿支護(hù)形成的承載層與深部圍巖相連接，錨索錨固端應(yīng)處在巷道圍巖中深部爆破的破裂區(qū)之外的完整巖層內(nèi)；二是當(dāng)阻擋層內(nèi)破壞區(qū)巖層厚度大于2米，在上述加固方式基礎(chǔ)上，對(duì)錨桿支護(hù)范圍內(nèi)的裂隙進(jìn)行注漿加固，注漿深度為2. 0 2. 5m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深部煤巷沖擊地壓卸壓與加固協(xié)同防治方法，它基于深孔攝像探測(cè)與分析處理技術(shù)，首先對(duì)深部煤巷圍巖不連續(xù)破裂分布及隨采動(dòng)支承壓力演化規(guī)律進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)探測(cè)結(jié)果確定深孔爆破的深度，并進(jìn)行深部爆破卸壓，最后確定巷道圍巖周邊淺部圍巖阻擋層范圍及加固方法，從而達(dá)到卸壓與加固的最優(yōu)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)深部采動(dòng)煤巷沖擊地壓防治的目的。
文檔編號(hào)E21B49/00GK102220866SQ20111010980
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月17日
發(fā)明者寧建國(guó), 張澤, 李海濤, 譚云亮, 趙同彬 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)