CN106894816A - 基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷的方法，属于煤炭开采领域。其步骤为：确定影响工作面临空巷道矿压显现的远场关键层的层位；确定地面钻孔布置的位置坐标和钻孔施工；利用地面钻孔致裂技术对远场关键层形成平行于煤柱的完整切割裂隙面。以便提前预裂临空巷道上方的远场关键层，在远场关键层形成平行于煤柱的切割平面，阻断应力传递，释放矿压，减小临空巷道侧原顶板岩层破断后的侧向回转块体长度，能够从本质上缓解临空巷道的强矿压显现，降低了顶板的支撑要求，从而大大降低煤柱的留设宽度，有效提高煤炭回采率，增加经济效益。
Description
技术领域
本发明设计一种护巷方法，尤其适用于煤矿井下矿山安全技术领域中使用的基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷方法。
技术背景
强矿压显现一直是影响煤矿安全生产的重要因素，随着西部煤矿开采深度的增加和特厚煤层综放技术的推广，强矿压显现愈发频繁，不仅工作面矿压显现强烈甚至出现压架事故，临空巷道矿压显现亦尤为突出，通常超前工作面上百米巷道内已变形严重，严重影响和制约煤矿的安全高效开采。目前，将第1层亚关键层(即老顶)作为主导控制采场矿压的传统矿压理论将不能全面地解释特厚煤层综放开采的强矿压显现问题，因此其相应的缓解矿压显现的措施也将不再奏效，所以，必须考虑覆岩远场关键层的破断运动对矿压显现的影响规律，远场关键层三角板结构模型的提出，从本质上的解释了大采高工作面临空巷道和工作面强矿压显现的机理，时至今日，基于此提出的缓解矿压显现的方法寥寥无几。
发明内容
本发明针对上述技术目的，提出一种步骤简单，成本低，通过远场关键层弱化改性控制技术，有效控制大空间采场远场坚硬顶板的强矿压，杜绝强矿压灾害事故发生的基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷方法。
为实现上述目的，本发明的基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷的方法，步骤如下：
a.针对需要进行远场关键层切顶卸压护巷的工作面，根据工作面煤层地质条件及开采工艺，通过特厚煤层坚硬顶板综放开采大空间覆岩关键层三角板结构理论推导出工作面的上三带高度的分布状况，参照上三带高度进一步确定对该工作面临空侧巷道矿压显现有影响的远场关键层的层位；
b.结合矿井地质资料，确定该工作面临空侧巷道对应的地面位置坐标，在平行于煤柱方向超前工作面一段距离的区域上，等间距布置多个由地表竖直直达该远场关键层的地面钻孔；
c.采用定向钻孔技术由地面钻孔底部沿工作面推进方向水平钻进至下一地面钻孔底部形成“L”型钻孔，并通过地面钻孔对远场关键层实施“L”型钻孔水平分段压裂，从而在远场关键层的侧向回转块体中形成多道平行于煤柱的切割裂隙面，使煤柱上顶板压力通过切割裂隙面释放，减小临空巷道侧原老顶岩层破断后的侧向回转块体长度，从而保护工作面超前支护段100～300m以内巷道的安全。
所述的远场关键层为根据关键层板式破断特征判据判定的将会发生“横O-X”形式破断的关键层，其位置在工作面顶板上方的断裂带内。
所述多个地面钻孔布置间距需避免远场关键层沿走向出现三角板破断型式，该间距小于“横O-X”破断沿工作面的走向长度。
所述的平行于煤柱的钻孔布置间距由远场关键层的力学性质、厚度和具体实际决定，最大间距不超过能使钻孔水压致裂后压裂裂隙相互贯通的最大距离，该距离由工程实际测得，以形成完整的切割裂隙面。
所述形成平行于煤柱的切割裂隙贯穿远场关键层上下界面，相邻地面钻孔致裂的切割裂隙相互贯通，以期形成平行于煤柱的完整切割裂隙面，实现破断远场关键层，减小临空巷道侧原老顶岩层破断后的侧向回转块体长度，实现缓解对临空侧巷道的径向挤压。
有益效果：
1.本发明提供了基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷的方法，该方法以特厚煤层坚硬顶板综放开采大空间覆岩关键层三角板结构理论为依据，通过从地面向超过工作面一段距离的远场关键层钻孔致裂技术，提前预裂临空巷道上方的远场关键层，在远场关键层形成平行于煤柱的切割平面，阻断应力传递，释放矿压，减小临空巷道侧原顶板岩层破断后的侧向回转块体长度，能够从本质上缓解临空巷道的强矿压显现，保证巷道的安全畅通；
2.降低了顶板的支撑要求，煤柱仅仅需要承受其正上方岩石重量，无需超大煤柱支撑顶板岩层即可确保临采空侧巷道能够正常使用，从而大大降低煤柱的留设宽度，有效提高煤炭回采率，增加经济效益。
附图说明
图1是本发明中远场关键层弧形三角板结构型式示意图；
图2是本发明中远场关键层三角板平面布置示意图以及地面钻孔预裂位置；
图3是本发明中远场关键层正常破断形式倾向剖面示意图；
图4是本发明中远场关键层地面钻孔致裂后的破断形式倾向剖面示意图；
图5是本发明中“L”型钻孔布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请做进一步说明：
如图1所示，基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷的方法，其特征在于步骤如下：
a.针对需要进行远场关键层切顶卸压护巷的工作面，根据工作面煤层地质条件及开采工艺，通过特厚煤层坚硬顶板综放开采大空间覆岩关键层三角板结构理论推导出工作面的上三带高度的分布状况，参照上三带高度进一步确定对该工作面临空侧巷道矿压显现有影响的远场关键层的层位；
b.结合矿井地质资料，确定该工作面临空侧巷道对应的地面位置坐标，在平行于煤柱方向超前工作面一段距离的区域上，等间距布置多个由地表竖直直达该远场关键层的地面钻孔；如图2所示，所述的远场关键层为根据关键层板式破断特征判据判定的将会发生“横O-X”形式破断的关键层，其位置在工作面顶板上方的断裂带内，所述多个地面钻孔布置间距需避免远场关键层沿走向出现三角板破断型式，该间距小于“横O-X”破断沿工作面的走向长度。
c.采用定向钻孔技术由地面钻孔底部沿工作面推进方向水平钻进至下一地面钻孔底部形成“L”型钻孔，并通过地面钻孔对远场关键层实施“L”型钻孔水平分段压裂，从而在远场关键层的侧向回转块体中形成多道平行于煤柱的切割裂隙面，所述的平行于煤柱的钻孔布置间距由远场关键层的力学性质、厚度和具体实际决定，最大间距不超过能使钻孔水压致裂后压裂裂隙相互贯通的最大距离，该距离由工程实际测得，以形成完整的切割裂隙面；
如图3和图4所示，使煤柱上顶板压力通过切割裂隙面释放，减小临空巷道侧原老顶岩层破断后的侧向回转块体长度，从而保护工作面超前支护段100～300m以内巷道的安全，所述形成平行于煤柱的切割裂隙贯穿远场关键层上下界面，相邻地面钻孔致裂的切割裂隙相互贯通，以期形成平行于煤柱的完整切割裂隙面，实现破断远场关键层，减小临空巷道侧原老顶岩层破断后的侧向回转块体长度，实现缓解对临空侧巷道的径向挤压。
具体实施例：
本实施例中，煤层为石炭系煤层，厚度为15-18m，工作面护巷煤柱留设宽度为38m，基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷的方法，步骤如下：
(1)根据该煤层地质条件及开采工艺，理论推导出工作面的上三带高度的分布状况，再参照上三带高度进一步确定对该工作面临空侧巷道矿压显现有影响的远场关键层的层位，如图1所示远场关键层；
(2)如图2所示，由矿井地质资料，确定该工作面临空侧巷道对应的地面位置，以平行于煤柱方向超前工作面一定距离等间距布置由地表直达该远场关键层的竖直地面钻孔；
(3)采用定向钻孔技术由地面钻孔底部沿工作面推进方向水平钻进至下一地面钻孔底部形成“L”型钻孔，并通过地面钻孔对远场关键层实施“L”型钻孔水平分段压裂，以形成平行于煤柱的切割裂隙面，使煤柱上顶板压力通过切割裂缝得以释放，减小临空巷道侧原老顶岩层破断后的侧向回转块体长度(如图3未破断回转块体和图4中破断后块体)，使顶板压力得到释放，从而保护工作面超前支护段100～300m以内巷道的安全。
Claims (5)
1.一种基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷的方法，其特征在于步骤如下：
a.针对需要进行远场关键层切顶卸压护巷的工作面，根据工作面煤层地质条件及开采工艺，通过特厚煤层坚硬顶板综放开采大空间覆岩关键层三角板结构理论推导出工作面的上三带高度的分布状况，参照上三带高度进一步确定对该工作面临空侧巷道矿压显现有影响的远场关键层的层位；
b.结合矿井地质资料，确定该工作面临空侧巷道对应的地面位置坐标，在平行于煤柱方向超前工作面一段距离的区域上，等间距布置多个由地表竖直直达该远场关键层的地面钻孔；
c.采用定向钻孔技术由地面钻孔底部沿工作面推进方向水平钻进至下一地面钻孔底部形成“L”型钻孔，并通过地面钻孔对远场关键层实施“L”型钻孔水平分段压裂，从而在远场关键层的侧向回转块体中形成多道平行于煤柱的切割裂隙面，使煤柱上顶板压力通过切割裂隙面释放，减小临空巷道侧原老顶岩层破断后的侧向回转块体长度，从而保护工作面超前支护段100～300m以内巷道的安全。
2.根据权利要求1所述基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷的方法，其特征在于：所述的远场关键层为根据关键层板式破断特征判据判定的将会发生“横O-X”形式破断的关键层，其位置在工作面顶板上方的断裂带内。
3.根据权利要求1所述基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷的方法，其特征在于：所述多个地面钻孔布置间距需避免远场关键层沿走向出现三角板破断型式，该间距小于“横O-X”破断沿工作面的走向长度。
4.根据权利要求1或2所述基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷的方法，其特征在于：所述的平行于煤柱的钻孔布置间距由远场关键层的力学性质、厚度和具体实际决定，最大间距不超过能使钻孔水压致裂后压裂裂隙相互贯通的最大距离，该距离由工程实际测得，以形成完整的切割裂隙面。
5.根据权利要求1或2所述基于三角板结构模型的远场关键层切顶卸压护巷的方法，其特征在于：所述形成平行于煤柱的切割裂隙贯穿远场关键层上下界面，相邻地面钻孔致裂的切割裂隙相互贯通，以期形成平行于煤柱的完整切割裂隙面，实现破断远场关键层，减小临空巷道侧原老顶岩层破断后的侧向回转块体长度，实现缓解对临空侧巷道的径向挤压。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170627 |