CN110454164A - 冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，包括：在冲击矿压巷道侧向挖掘钻道，并获取所述冲击矿压巷道的支护应力场的范围；确定在所述支护应力场的范围外，且位于所述钻道内壁上的所述冲击矿压巷道的最高支承应力点；根据所述最高支承应力点确定钻孔范围，并在所述钻孔范围内设置水力压裂钻孔；间隔预设距离将所述水力压裂钻孔分隔成多段，并依次对每一段的所述水力压裂钻孔进行封孔压裂操作，以形成缓冲吸能裂隙带。本发明实施例提供的方法可防止冲击矿压巷道的最高支承应力值超过岩体蓄能极限，发生能量的突然释放而破坏冲击矿压巷道的支护承载结构。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法。
背景技术
冲击矿压是煤矿井下采掘空间周围煤岩体发生突然破坏，并释放巨大能量的一种强烈的矿井动力灾害现象。目前，随着煤矿开采深度的加深、开采强度的加大，冲击矿压灾害越发严重。
现有的防治手段主要采用开采设计优化、主动解危和加强防护。
开采设计优化针对矿井开采设计阶段，对已形成生产系统的矿井不具有可操作性。
防控措施一方面是区域性减冲，如开采解放层和避免应力叠加；第二方面是局部性的解危，主要包括钻孔卸压、爆破、煤层注水等。
采取以上措施的同时，对巷道围岩的强度和结构极大的弱化，这与巷道的强支护又产生极大的矛盾，极易造成巷道强支护失去围岩结构基础。
冲击矿压的矿井巷道支护区别于一般巷道，是受频繁的冲击能量事件的影响，这是造成巷道围岩支护体系提前失效的主要原因。微震事件释放的能量中主要的部分作用于煤岩体，破坏煤岩体的完整性，引起煤岩体力学性质劣化，改变围岩应力场的分布状态，降低煤岩体强度，破坏围岩结构，造成裂隙迅速扩展；另一部分作用于支护系统，造成支护系统受力突变，破坏支护系统的稳定性。
对于冲击矿压巷道维护，国外普遍推广了巷帮充填和架后充填配套技术和工艺，而国内普遍采用高强锚杆支护、架棚、注浆和大吨位支架进行联合支护，但支护效果不理想，围岩变形量大，破坏严重，锚杆、锚索支护体系严重破坏，回采巷道服务期间需要反复维修。
因此，如何提出一种方法，以降低微震事件的频率和能量对巷道围岩支护承载结构的损伤，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，其特征在于，包括：
在冲击矿压巷道侧向挖掘钻道，并获取所述冲击矿压巷道的支护应力场的范围；
确定在所述支护应力场的范围外，且位于所述钻道内壁上的所述冲击矿压巷道的最高支承应力点；
根据所述最高支承应力点确定钻孔范围，并在所述钻孔范围内设置水力压裂钻孔；
间隔预设距离将所述水力压裂钻孔分隔成多段，并依次对每一段的所述水力压裂钻孔进行封孔压裂操作，以形成缓冲吸能裂隙带；
其中，所述封孔压裂操作包括：
使用分隔式封孔器对每一段的所述水力压裂钻孔封孔，并采用后退式水力压裂方式将封孔后的每一段的所述水力压裂钻孔压裂。
在一个实施例中，所述水力压裂钻孔的深度方向与所述冲击矿压巷道的长度方向平行。
在一个实施例中，所述钻道的数量为多个，且沿所述冲击矿压巷道的长度方向依次设置。
在一个实施例中，所述钻孔范围内设置有多个水力压裂钻孔。
在一个实施例中，所述钻道垂直于所述冲击矿压巷道。
在一个实施例中，所述钻孔范围的横截面为以所述最高支承应力点为圆心，具有预设长度的半径的圆形区域。
在一个实施例中，所述钻道位于所述冲击矿压巷道的老顶的下方。
在一个实施例中，所述钻道的宽度由钻机的大小决定。
在一个实施例中，所述水力压裂钻孔的直径由所述钻机的钻头大小决定本发明实施例提供的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，通过对每一段的水力压裂钻孔进行封孔压裂操作，以在远离支护应力场且位于冲击矿压巷道的支承应力最高的区域内形成缓冲吸能裂隙带，从而降低最高支承应力点的应力值，使应力向围岩深部和浅部转移，进而形成更广阔的支承范围，防止最高支承应力值超过岩体蓄能极限，发生能量的突然释放而破坏冲击矿压巷道的支护承载结构。
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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。
图1为根据本发明一实施例的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法的流程示意图；
图2为根据本发明一实施例的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法的施工示意图(正视图)；
图3为根据本发明一实施例的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法的施工示意图(俯视图)。
附图说明：
1、煤体；2、冲击矿压巷道；3、钻道；4、水力压裂钻孔；5、支护应力场；6、钻孔范围；7、冲击矿压巷道的支承应力曲线；8、设置缓冲吸能裂隙带后冲击矿压巷道的支承应力曲线；9、能量源；10、能量波；11、缓冲吸能裂隙带。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1根据本发明一实施例的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法的流程示意图，参看图1，本发明实施例提供一种冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，包括：
S1、在冲击矿压巷道侧向挖掘钻道，并获取所述冲击矿压巷道的支护应力场的范围；
S2、确定在所述支护应力场的范围外，且位于所述钻道内壁上的所述冲击矿压巷道的最高支承应力点；
S3、根据所述最高支承应力点确定钻孔范围，并在所述钻孔范围内设置水力压裂钻孔；
S4、间隔预设距离将所述水力压裂钻孔分隔成多段，并依次对每一段的所述水力压裂钻孔进行封孔压裂操作，以形成缓冲吸能裂隙带。
其中，所述封孔压裂操作包括：
使用分隔式封孔器对每一段的所述水力压裂钻孔封孔，并采用后退式水力压裂方式将封孔后的每一段的所述水力压裂钻孔压裂。
参看图2和图3，下面对本申请实施例提供的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法进行进一步地具体描述。
在步骤S1中，可在冲击矿压巷道2(被煤体1包围)的侧向挖掘钻道3，其中，钻道3的宽度以能够摆开钻机以及调整钻孔角度为宜。
可以理解的是，钻道3的高度还应该根据冲击矿压巷道2的老顶来设定，即，钻道3位于冲击矿压巷道2的老顶的下方。
进一步地，在挖掘钻道3后，步骤S1还包括获取冲击矿压巷道2的支护应力场5的范围。在一个实施例中，可首先测试冲击矿压巷道2的支护应力场5的分布形态，再根据获取的支护应力场5的分布形态确定支护应力场5的范围。
在步骤S2中，可根据获取的支护应力场5的范围，确定冲击矿压巷道2的最高支承应力点。其中，所述最高支承应力点位于支护应力场5的范围外，且位于钻道3的内壁上。其中，钻道3的内壁对应的支承应力的曲线如图2中7所示。
在步骤S3中，可根据最高支承应力点确定钻孔范围6。
在一个实施例中，钻孔范围6的横截面为以最高支承应力点为圆心，具有预设长度的半径的圆形区域。
其中，所述预设长度可以是例如5m、10m等，其具体大小可以根据钻道3的大小以及冲击矿压巷道2的支承应力曲线7确定，本发明实施例对此不做具体限定。
在确定钻孔范围6后，即可在钻孔范围6内通过钻机设置水力压裂钻孔4。
可以理解的是，钻道3的宽度由钻机的大小决定，且水力压裂钻孔的直径由钻机的钻头大小决定。在设置水力压裂钻孔4时，可根据实际情况调整钻孔的角度，以使水力压裂钻孔4处于老顶之下。
由于水力压裂钻孔4设置在钻孔范围6内，即设置在具有最高支承应力的点的周围，因此可为冲击矿压巷道2提供较为理想的防护效果。
可以理解的是，在钻孔范围6内，可以根据实际需要设置一个或多个水力压裂钻孔4。例如，当冲击矿压巷道2具有遭受较大损伤风险时，可设置多个水力压裂钻孔4，以最大限度提高对冲击矿压巷道2的保护能力。而当冲击矿压巷道2遭受损伤的风险较小时，则可设置单个水力压裂钻孔4，以节省施工成本。
在一个实施例中，水力压裂钻孔4的深度方向与冲击矿压巷道2的长度方向平行，即水力压裂钻孔4与冲击矿压巷道2保持平行，因此可以为冲击矿压巷道2提供较为均衡的防护能力。
进一步地，在一个实施例中，钻道3的数量为多个，且沿冲击矿压巷道2的长度方向依次设置，即通过设置钻道3，分段地为整个冲击矿压巷道2设置水力压裂钻孔4，从而保护整个的冲击矿压巷道2。该施工方式由其适用于当冲击矿压巷道2的长度大于钻机所能钻孔的最大深度的情况。
进一步地，在一个实施例中，钻道3的数量为一个，且水力压裂钻孔4的深度与冲击矿压巷道2的长度相当。该施工方式由其适用于当冲击矿压巷道2的长度小于或等于钻机所能钻孔的最大深度的情况。
在一个实施例中，钻道3垂直于冲击矿压巷道2，从而便于设置水力压裂钻孔4，且有利于水利压裂钻孔4与冲击矿压巷道2保持平行，从而为冲击矿压巷道2提供均匀的防护。
在步骤S4中，可间隔预设距离将水力压裂钻孔4分隔成多段。例如，在一个实施例中，水力压裂钻孔4的深度为600m，而在该实施例中，预设距离为200m，即将水力压裂钻孔4以200m的间隔分隔成3段。
在将水力压裂钻孔4分隔成多段后，即可依次对每一段的水力压裂钻孔4进行封孔压裂操作。可以理解的是，为了便于施工，可先对最深处的那一段的水力压裂钻孔4，即最远离钻孔开口的那一段水力压裂钻孔4，进行封孔压裂操作。当完成该段的水力压裂钻孔4的封孔压裂操作后，即可由内(水力压裂钻孔4最深处)向外(水力压裂钻孔4的开口)依次对每一段的水力压裂钻孔进行封孔压裂操作。
进一步地，封孔压裂操作包括：
采用分隔式封孔器对每一段的水力压裂钻孔4封孔，并采用后退式水力压裂方式将封孔后的每一段的水力压裂钻孔4压裂，以形成缓冲吸能裂隙带11。
可以理解的是，在完成对某一段的水力压裂钻孔4的封孔压裂操作后，还会进行封隔器卸压操作。当封隔器卸压操作完成后，即可对下一段的水力压裂钻孔4进行封孔压裂操作。
需要说明的是，通过对每一段的水力压裂钻孔4进行封孔压裂操作后，即可在远离支护应力场5，且位于钻孔范围6(即冲击矿压巷道2的支承应力最高的区域)内形成缓冲吸能裂隙带11，从而降低最高支承应力点的应力值(可参见设置缓冲吸能裂隙带后冲击矿压巷道2的支承应力曲线8)，使应力向围岩深部和浅部转移，进而形成更广阔的支承范围，防止最高支承应力值超过岩体蓄能极限，发生能量9的突然释放(以能量波10的形式)而破坏冲击矿压巷道2的支护承载结构。
同时，对于冲击矿压巷道2而言，由于采掘活动造成更深部的岩层结构运动、断裂的能量9突然释放，通过预置的缓冲吸能裂隙带11，其能量的值将大幅度降低，小能量冲击基本能够完全吸收，使之无法(或减弱)传递到冲击矿压巷道的支护应力场5范围，有效的保护了冲击矿压巷道2的稳定性。
由于采用远离冲击矿压巷道2的支护应力场5的缓冲吸能裂隙带11，因此对冲击矿压巷道2的支护围岩不会造成损伤，有效的解决了卸压与支护的矛盾。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，其特征在于，包括：
在冲击矿压巷道侧向挖掘钻道，并获取所述冲击矿压巷道的支护应力场的范围；
确定在所述支护应力场的范围外，且位于所述钻道内壁上的所述冲击矿压巷道的最高支承应力点；
根据所述最高支承应力点确定钻孔范围，并在所述钻孔范围内设置水力压裂钻孔；
间隔预设距离将所述水力压裂钻孔分隔成多段，并依次对每一段的所述水力压裂钻孔进行封孔压裂操作，以形成缓冲吸能裂隙带；
其中，所述封孔压裂操作包括：
使用分隔式封孔器对每一段的所述水力压裂钻孔封孔，并采用后退式水力压裂方式将封孔后的每一段的所述水力压裂钻孔压裂。
2.根据权利要求1所述的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，其特征在于，所述水力压裂钻孔的深度方向与所述冲击矿压巷道的长度方向平行。
3.根据权利要求2所述的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，其特征在于，所述钻道的数量为多个，且沿所述冲击矿压巷道的长度方向依次设置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，其特征在于，所述钻孔范围内设置有多个水力压裂钻孔。
5.根据权利要求1-3任一项所述的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，其特征在于，所述钻道垂直于所述冲击矿压巷道。
6.根据权利要求1-3任一项所述的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，其特征在于，所述钻孔范围的横截面为以所述最高支承应力点为圆心，具有预设长度的半径的圆形区域。
7.根据权利要求6所述的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，其特征在于，所述钻道位于所述冲击矿压巷道的老顶的下方。
8.根据权利要求7所述的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，其特征在于，所述钻道的宽度由钻机的大小决定。
9.根据权利要求8所述的冲击矿压巷道缓冲吸能带水力预置方法，其特征在于，所述水力压裂钻孔的直径由所述钻机的钻头大小决定。
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