CN103174425A - 一种适用于坚硬巨厚顶板的防治冲击地压的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开了一种适用于坚硬巨厚顶板的防治冲击地压的方法，涉及煤炭开采技术领域，能够以成本较低的方式来防治冲击地压。该防治冲击地压的方法，包括：超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔。本发明适用于矿业开采中冲击地压的防治的场合。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种防治冲击地压的方法。
背景技术
煤矿开采过程中，在高应力状态下积聚有大量弹性能的煤或岩体，在一定条件下，能量突然释放，发生破坏、冒落或抛出，呈现声响、震动以及气浪等动力效应，称之为煤矿冲击地压。煤矿冲击地压爆发的突然性，如同大量炸药爆破，有的形成强烈暴风，导致工作面或巷道的煤岩层结构瞬时发生破坏，造成井巷的严重破坏和人员的重大伤亡。
顶板大面积破断冲击是造成冲击地压的原因之一。我国不少矿井的煤层顶板坚硬、难冒，采空区随采煤工作面的推进而增加采空区范围不断加大，矿山压力也随工作面继续推进而增大，大面积的难冒顶板有突然破断的危险，这就可能造成潜在的冲击地压危险。
现有技术中，防治顶板冲击的方法是在顶板中开凿顶板巷道，通过顶板巷道对顶板进行深孔爆破，人为地切断顶板，进而促使采空区顶板冒落，减小顶板来压时的强度和冲击性。这种防治顶板冲击的方法，虽然能够有效地较少顶板来压时的强度和冲击性，避免因顶板冲击而导致的冲击地压的产生。但是这种防治顶板冲击的方法需要在顶板中开凿顶板巷道，因此成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本较低的适用于坚硬巨厚顶板的防治冲击地压的方法。
为达到上述目的，本发明一种适用于坚硬巨厚顶板的防治冲击地压的方法实施例采用如下技术方案：
一种适用于坚硬巨厚顶板的防治冲击地压的方法，包括：超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔。
其中，所超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔包括：在采煤工作面、煤层两侧的巷道和/或煤层中的瓦斯抽放巷，超前预先向煤层顶板打斜上向扇形钻孔，并使煤层顶板进行预裂。
其中，所述超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔包括：随着采煤工作面的不断向前推移，不断地在新形成的采煤工作面超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔。
进一步地，所述超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔包括：超前预先向煤层顶板打仰角为18-25度的斜上向钻孔，优选地，向煤层顶板打仰角为20度的斜上向钻孔。
进一步地，所述超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔包括：超前预先向煤层顶板成扇形打斜上向钻孔，钻孔的深度为25-35米，优选地，钻孔的深度为30米。
进一步地，超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔包括：超前预先向煤层顶板打上下至少两排斜上向钻孔，其中每排的斜上向钻孔处于同一平面内。
进一步地，相邻排的钻孔分别处于不同的平面内，并且相邻排的钻孔的上下位置相交错。
本发明实施例提供的适用于坚硬巨厚顶板的防治冲击地压的方法中，超前预先向顶板打斜上向钻孔的过程中，对煤层顶板的应力起到卸压作用；钻孔完成后，即在煤层顶板中形成有临空面，不仅便于煤层顶板应力的释放，而且消弱了采空区与待采区之间的顶板连续性，减小顶板来压时的强度和冲击性；再者，煤层顶板下面的煤层开采后，在该煤层顶板下面形成采空区，所述斜上向钻孔在该煤层顶板中的存在，有利于促使采空区顶板的冒落，进一步有效防止冲击地压的产生。
与现有技术中通过在顶板中开凿顶板巷道，并对顶板进行深孔爆破的防治冲击地压的方法相比，本发明实施例提供的防治冲击地压的方法，只需超前预先向顶板打斜上向钻孔，即能有效地较少顶板来压时的强度和冲击性，避免因顶板冲击而导致的冲击地压的产生，不仅操作简便而且成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了本发明实施例中在煤层一侧的巷道超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔的主视图；
图2示出了图1在煤层一侧的巷道超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔的右视图；
图3示出了随着采煤工作面的不断推进，在采煤工作面预先向煤层顶板打斜上向钻孔的主视图；
图4示出了本发明另一实施例中在煤层一侧的巷道超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔的主视图；
图5为沿图4中A-A向的剖视图；
图6示出了本发明又一实施例中随着采煤工作面的不断推进，随时向采空区的顶板打斜向上钻孔的主视图；
图7示出了本发明又一实施例中在顶板中的顶板瓦斯提前抽放巷内，超前向煤层顶板打下向钻孔的主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例一种适用于坚硬巨厚顶板的防治冲击地压的方法进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例中在煤层一侧的巷道超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔的主视图。参看图1所示，采煤工作面的结构通常包括：煤层顶板1、底板2、位于二者之间的煤层3，以及位于煤层3两侧的巷道4、5。本发明实施例提供一种适用于坚硬巨厚顶板的防治冲击地压的方法，包括步骤：超前预先向煤层顶板1打斜上向钻孔。可以在采煤工作面、煤层两侧的巷道和/或煤层中的瓦斯抽放巷超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔，图1中仅示意性地给出了在煤层3一侧的巷道4中，超前预先向煤层顶板1打斜上向钻孔6。本发明实施例提供的防治冲击地压的方法，在煤炭开采的全过程，即开采前、开采中和开采后，均能有效防止冲击地压的产生。具体而言，在开采前，向煤层顶板1打斜上向钻孔的过程中，对煤层顶板1的应力起到卸压作用；在开采中，煤层顶板1中因钻孔的存在而形成有临空面，不仅消弱了采空区与待采区之间的顶板连续性，减小煤层顶板来压时的强度和冲击性，并且随着该煤层顶板下部煤层的松动，煤层顶板的应力会沿着所述临空面进行释放和再分布；在开采后，在该煤层顶板下面形成采空区，所述斜上向钻孔在该煤层顶板中的存在，有利于促使采空区顶板的冒落，进一步有效防止冲击地压的产生。
本发明实施例提供的防治冲击地压的方法，只需超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔，即能有效地较少顶板来压时的强度和冲击性，避免因顶板冲击而导致的冲击地压的产生，不仅操作简便而且成本较低。
由于在采煤工作面、煤层两侧的巷道和煤层中的瓦斯抽放巷，超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔的方法相同，因此下文中如无特别说明，则是以在煤层两侧的巷道超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔为例进行说明的。
在前述实施例中，可以仅超前预先向顶板打斜上向钻孔。为了更加及时有效地对煤层顶板上的应力进行释放，优选地，所述向煤层顶板1打斜上向钻孔包括：在采煤工作面、煤层两侧的巷道和/或煤层中的瓦斯抽放巷，向煤层顶板1打斜上向扇形钻孔，并使煤层顶板1进行预裂。图2示出了图1在煤层一侧的巷道超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔的右视图；参看图2所示，在煤层3一侧的巷道4中，超前预先向煤层顶板1所打的多个斜上向钻孔6呈扇形分布。所述预裂的形成可以是在钻孔过程中通过钻具的震动形成，也可以采取在钻孔深处进行预裂松动爆破的方式形成，有利于减少工作面由于顶板大面积破断导致冲击灾害的发生。
在前述实施例中，为了实现煤层顶板应力的“随采随放”或“随采随释”，避免应力积聚，所述超前预先向顶板打斜上向钻孔包括：随着采煤工作面的不断向前推移，不断地在新形成的采煤工作面超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔。优选地，在一个采煤循环进尺结束后，开始下一个采煤循环进尺之前，即在采煤工作面超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔。
根据本发明的防治冲击地压的方法的一实施例，所述超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔包括：向煤层顶板打仰角θ为18-25度的斜上向钻孔，优选地，向煤层顶板打仰角θ为20度的斜上向钻孔。这样既能使煤层顶板深处的应力进行较好地释放，又便于采空后顶板的自然跨落。
图3示出了随着采煤工作面的不断推进，在采煤工作面预先向煤层顶板打斜上向钻孔的主视图参看图3所示，由于随着采煤工作面7的不断向前推移，不断地在新形成的采煤工作面向煤层顶板1打斜上向钻孔8。在煤层顶板1内部应力的作用下，在煤层顶板1内部形成有裂纹（图中未示出），该裂纹贯穿同一采煤工作面7所打的若干个斜上向扇形钻孔。这样在沿采煤工作面7推进方向的采空区顶板上形成有倾斜、并相互叠加的“岩层”，图3中的标记a、b、c、d示意性地表示了四个倾斜、并相互叠加的“岩层；上方的“岩层”(如岩层a)在自身重力的作用下压靠在其下方相邻的“岩层”(如岩层b)上，如次依次叠加。超前预先向顶板打斜上向钻孔的仰角为18-25度的好处在于：既有利于煤层顶板深处的应力的释放，又有利于在煤层顶板下面的煤层采空后，下方的“岩层”(如岩层b)在其上方相邻的“岩层”(如岩层a)重力的作用下容易发生断裂而自然跨落。
仰角小于18度，钻孔伸入到煤层上方的煤层顶板的高度较小，不利于煤层顶板深处的应力的较好释放；仰角大于25度时，上方的岩层施加在其下方相邻的岩层上的重力作用相对较小，不利于其下方相邻的岩层的自然跨落，需要另外施加额外的操作才能促使其跨落。
根据本发明的防治冲击地压的方法的一实施例，所述超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔包括：超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔，钻孔的深度为25-35米，优选地，钻孔的深度为30米。
根据本发明的防治冲击地压的方法的一实施例，超前预先向顶板打斜上向钻孔包括：超前预先向煤层顶板打上下至少两排斜上向钻孔，其中每排的斜上向钻孔处于同一平面内，图4中示出了在煤层一侧的巷道4向煤层顶板1打有上下两排斜上向钻孔的示意图。其中一排的斜上向钻孔的仰角为θ，另一排的斜上向钻孔的仰角为γ。这样便于煤层顶板中裂纹的产生与延展。
优选地，相邻排的钻孔分别处于不同的平面内，并且相邻排的钻孔的上下位置相交错。这样便于煤层顶板中的岩石在应力的作用下，向钻孔处的自由面滑移并形成裂纹，进一步的促使裂纹的产生与延展，如图5所示，下面的孔10为其上面的两孔20和21之间的岩石提供了向下滑移的自由空间，进一步的促使裂纹的产生与延展。
在前述实施例中，进一步地，所述的防治冲击地压的方法，还包括：在采煤工作面中部导向巷，超前预先向煤层顶板打斜向上钻孔进行松动放炮，以便在顶板人工强制形成裂纹，便于顶板应力的释放。进一步地，所述在采煤工作面中部导向巷，超前预先向煤层顶板斜向上钻孔进行松动放炮包括：随着采煤工作面的不断向前推移，不断地在新形成的采煤工作面的中部导向巷超前预先向煤层顶板打斜向上钻孔进行松动放炮。
参看图6所示，在前述实施例中，进一步地，所述的防治冲击地压的方法还包括步骤：随着采煤工作面7的不断推进，随时向采空区的顶板打斜向上钻孔13并进行顶板跨落爆破。这样能够做到使采空区的顶板及时垮落，随采随冒，彻底避免在采空区形成面积较大的顶板，从而能够防止因采空区大面积顶板的突然垮落而导致的冲击地压的产生。
参看图7所示，在前述实施例中，进一步地，所述的防治冲击地压的方法，还包括：在顶板中的顶板瓦斯提前抽放巷9内，超前向煤层顶板打下向钻孔11，这样可增强防止因顶板冲击产生冲击地压。
在前述实施例中，进一步地，在顶板瓦斯提前抽放巷内超前向顶板打下向钻孔包括：随着采煤工作面的不断向前推移，不断地在新形成的顶板瓦斯提前抽放巷内超前向煤层顶板打下向钻孔。这样便于实现煤层顶板应力的“随采随放”或“随采随释”，避免应力积聚。在前述实施例中，所述在顶板瓦斯提前抽放巷内超前向煤层顶板打下向钻孔包括：超前向煤层顶板打至少两排下向钻孔，其中每排的下向钻孔处于同一平面内；相邻排的钻孔分别处于不同的平面内，并且相邻排的钻孔的上下位置相交错。这样便于超前底板中裂纹的产生与延展。
本发明中所述的煤层顶板是指待采区煤层上方的顶板。
坚硬巨厚顶板强度高,节理、裂隙不发育,具有整体性好和自稳能力强等特点,在开采过程中顶板断裂失稳,会形成剧烈的冲击地压。本发明中所述的坚硬巨厚顶板是指顶板致密坚硬、平均厚度为10-15米的顶板。
本发明的防治冲击地压的方法除了适用于坚硬巨厚顶板外，也同样适用于普通的顶板。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种适用于坚硬巨厚顶板的防治冲击地压的方法，其特征在于，包括：
超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔。
2.根据权利要求1所述的防治冲击地压的方法，其特征在于，所述超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔包括：
在采煤工作面、煤层两侧的巷道和/或煤层中的瓦斯抽放巷，超前预先向煤层顶板打斜上向扇形钻孔，并使煤层顶板进行预裂。
3.根据权利要求1或2所述的防治冲击地压的方法，其特征在于，所述超前向煤层顶板打斜上向钻孔包括：
随着采煤工作面的不断向前推移，不断地在新形成的采煤工作面超前向煤层顶板打斜上向钻孔。
4.根据权利要求1或2所述的防治冲击地压的方法，其特征在于，所述超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔包括：
向煤层顶板打仰角为18-25度的斜上向钻孔，优选地，向煤层顶板打仰角为20度的斜上向钻孔。
5.根据权利要求1或4所述的防治冲击地压的方法，其特征在于，所述超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔包括：
超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔，钻孔的深度为25-35米，优选地，钻孔的深度为30米。
6.根据权利要求1至5任一项所述的防治冲击地压的方法，其特征在于，所述超前预先向煤层顶板打斜上向钻孔包括：
超前预先向煤层顶板打上下至少两排斜上向钻孔，其中每排的斜上向钻孔处于同一平面内。
7.根据权利要求1至6任一项所述的防治冲击地压的方法，其特征在于，相邻排的钻孔分别处于不同的平面内，并且相邻排的钻孔的上下位置相交错。
8.根据权利要求1至7任一项所述的防治冲击地压的方法，其特征在于，还包括：
在采煤工作面中部导向巷，超前预先向煤层顶板打斜向上钻孔进行松动放炮。
9.根据权利要求8所述的防治冲击地压的方法，其特征在于，所述在采煤工作面中部导向巷，超前预先向煤层顶板斜向上钻孔进行松动放炮包括：
随着采煤工作面的不断向前推移，不断地在新形成的采煤工作面的中部导向巷超前预先向煤层顶板打斜向上钻孔进行松动放炮。
10.根据权利要求1至9任一项所述的防治冲击地压的方法，其特征在于，还包括：随着采煤工作面的不断推进，随时向采空区的顶板打斜向上钻孔并进行顶板跨落爆破。
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