CN111365077A - 一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，主要针对深部巷道两帮发生持续大变形与支护系统损毁而不得不一直扩刷整修保障巷道功能，维护成本大幅增加。本发明方法是在巷道两帮深部区域布置与巷道轴向方向平行的大型卸压孔洞群，可使围岩变形能部分释放和两帮支承应力峰值向深部大幅转移，同时为深部煤体持续向巷道空间运移提供较大补偿空间；卸压孔洞是在巷道两侧布置钻场施工不同数量与方式的钻孔，并通过径向水力射流或机械扩孔等方式实现不同直径的孔洞。在巷道两帮设置受力与变形监测系统，当受力与变形增加，即孔洞群闭合后，再次实施卸压孔洞群，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制，大幅降低了巷道维护工程量和费用。

Description

一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法

技术领域

本发明属于煤矿开采领域，涉及一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法。

背景技术

目前，我国煤炭开采已进入深部开采，深部高应力、软煤等复杂地质生产条件下存在着巷道两帮持续大变形、支护系统损毁等控制难题。现有控制巷道围岩变形较有效的支护方式是注浆加固、钢管混凝土支护，在深部高应力等复杂条件下注浆加固只能在短时间内控制巷道两帮变形；钢管混凝土支护能在一定程度上有效解决了巷道连续整修问题，但造价昂贵且最终避免不了被两帮持续大变形挤压破坏，钢管混凝土支护系统一旦损坏，其支撑性能立刻大幅降低，并迅速失效，当巷道支护不能有效的控制巷道持续大变形时，则需对持续大变形巷道卸压，以此来解决巷道持续大变形、支护系统损毁等控制难题。

传统的巷道卸压方式有松动爆破、开巷卸压、开采解放层和开挖卸压槽等。其中，开挖卸压槽最为普遍，在开挖卸压槽时，卸压槽垂直巷道或与巷道斜交，卸压槽布置在巷道锚固范围内，此种卸压方式有如下缺点与不足：

（1）在深部高应力、软煤等复杂地质生产条件下煤巷持续大变形将卸压槽逐渐压缩闭合，致使卸压槽失去卸压作用；

（2）当卸压槽失去作用，再补打卸压槽必定会使巷道围岩破碎，增加了巷道支护难度；

（3）卸压槽垂直或斜交煤巷，布置在巷道锚固范围内，当卸压槽较多、直径较大时将会破坏巷道原有的支护系统，加剧巷道围岩变形；

（4）此种卸压并不能长时有效监测与控制巷道围岩变形，在巷道应力升高和变形时并不能及时的卸压。

可见，提出一种使用方便快捷、造价低廉，应对深部高应力、软煤等复杂地质生产条件下巷道两帮持续大变形、支护系统损毁等控制难题的方法对于矿井安全生产意义重大。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有的技术问题，提供一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，该方法能实现在深部煤巷内部卸压，降低巷道围岩所处应力环境或改变巷道围岩应力分布，使支承压力峰值向围岩深部转移，并为深部煤岩体持续蠕变变形提供较大的补偿空间，同时利用受力与变形监测系统，当受力与变形增加或孔洞群明显出现闭合时，再次实施卸压孔洞群，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制，能有效控制巷道两帮持续大变形。

本发明采用的技术方案是：一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，包括卸压孔洞群、钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统和巷道两帮位移量监测系统，利用卸压孔洞群解决深部巷道煤帮持续大变形问题，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统组成受力与变形监测系统；所述钻孔应力监测系统是由若干个布置在巷帮中部的钻孔应力计组成，锚索应力监测系统是由若干个布置在锚索槽钢与锚索托盘间的液压枕组成，巷道两帮位移量监测系统是由若干个十字交叉测点组成，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统先于卸压孔洞群布置，监测巷道前期的应力以及监测布置卸压孔洞群后的应力，且同时用十字交叉法测量卸压前后的巷道位移量的变化，通过卸压前后的应力与变形对比，评价卸压孔洞群的卸压效果及程度，也为是否需要进一步卸压提供依据，当受力与变形系统中的钻孔应力计与液压枕的应力升高，且两帮位移量增加时，则需进一步卸压；卸压孔洞群在巷道两帮深部区域内并与巷道轴向方向平行，卸压孔洞群由多种直径不同的孔洞组成且有多种布置方式，卸压孔洞群的布置可使围岩变形能部分释放和两帮支承应力峰值向深部大幅转移，同时为深部煤体持续向巷道两帮运移提供较大补偿空间；具体的实施方法及步骤为：

步骤一，在深部巷道中部垂直煤帮安装钻孔应力计，安装的钻孔应力计长度为a，钻孔应力计间距为b，钻孔应力计覆盖整个深部巷道，通过多个钻孔应力计构建钻孔应力监测系统，长时有效监测巷道锚固范围的应力状态；

步骤二，在巷道锚索槽钢与锚索托盘间安装液压枕，液压枕间距为c，液压枕覆盖整个深部巷道，通过多个液压枕构建锚索应力监测系统，长时有效监测锚索的受力情况；

步骤三，在深部巷道煤帮处布置十字交叉测点，采用十字交叉法监测巷道两帮位移量，其中相邻测点位置间距为e，通过多个十字交叉测点构建巷道两帮位移量监测系统，长时有效监测巷道两帮位移量情况；

步骤四，在深部巷道煤帮深部区域布置卸压孔洞群，卸压孔洞群根据扩孔直径的大小分为小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞，小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞是通过水力射流或机械扩孔的方式在一段距离内对卸压孔洞扩孔，形成间隔差异卸压孔洞；小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞的未扩孔段的孔洞直径相同为d ₁ ；在靠近巷帮处扩孔时，则在巷帮相邻锚索间扩孔，通过增加扩孔段的孔洞直径，提高未有锚索支护段的卸压强度，远离巷帮时则与上一间隔差异卸压孔洞的扩孔段进行交叉布置，增强上一间隔差异卸压孔洞未扩孔段卸压效果；

所述的小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞主要有三种布置方式：

①当深部巷道煤帮持续变形不严重，需让压空间较小时，卸压孔洞群的钻孔直径不需太大，卸压孔洞数较少，则卸压孔洞布置方式为单排或单列布置,当单排设置时，靠近锚固边界的设置小直径间隔差异卸压孔洞，远离锚固边界的设置大直径间隔差异卸压孔洞；当单列设置时，设置小直径间隔差异卸压孔洞，且靠近锚固边界设置；

②当深部巷道煤帮持续变形严重，让压空间较大时，在离锚固边界较近让压需缓，布置小直径间隔差异卸压孔洞；在远离锚固端则布置大直径间隔差异卸压孔洞，卸压孔洞布置方式为以小直径间隔差异卸压孔洞或大直径间隔差异卸压孔洞为顶角构成等腰三角形布置，让靠近锚固边界的卸压缓和；

③当深部巷道煤帮持续变形特别严重，采用较大的直径卸压孔洞，卸压孔洞数较少会造成卸压剧烈，卸压不可控，如采用较小的卸压孔洞直径与较多的卸压孔洞数，卸压环境较好，卸压缓和，通过缩小卸压孔洞直径与增加数量使得卸压可控，在离锚固边界较近处布置小直径间隔差异卸压孔洞；在远离锚固端则布置大直径间隔差异卸压孔洞，采用矩形布置方式。

进一步的，深部巷道煤帮区域内的卸压孔洞群的布置根据现场煤帮的变形情况确定，当巷道煤帮一侧持续变形严重，则在巷道变形严重的一帮布置大型卸压孔洞群；当巷道煤帮持续变形不对称时，则根据变形情况对巷道两帮的卸压孔洞群进行不对称布置，煤巷持续变形严重的一帮卸压孔洞直径较大，卸压孔洞数量较多，煤巷持续变形不严重的一帮卸压孔洞直径较小，卸压孔洞数量较少，当煤巷两帮持续变形都严重，则卸压孔洞群的孔洞布置方式根据现场情况确定。

进一步的，所述的钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统共同组成巷道受力与变形监测系统，长时有效的监测巷道围岩应力及变形，在巷道围岩应力显著增加，巷道两帮位移量增加或明显能看到卸压孔洞闭合时，则在原卸压孔洞位置上再次扩孔或在另一位置重新补打卸压孔洞，及时的对巷道卸压，长时有效的保护巷道，控制巷道持续大变形。

进一步的，钻孔应力计间距b与液压枕间距c根据深部巷道煤帮变形情况确定进行分段不同间距布置，即在巷道围岩持续变形严重段钻孔应力计间距b与液压枕间距c减小，道围岩持续变形不严重段钻孔应力计间距b与液压枕间距c增加，实现对巷道围岩持续变形精细化监控，既可提高监测效率，又可减少成本。

进一步的，所述的钻孔应力计长度a优选的为3~6m，钻孔应力计间距b优选的为50~100m。

进一步的，所述的十字交叉测点间距e优选的为50~100m；所述的液压枕间距c优选的为50~100m。

进一步的，所述小直径与大直径间隔差异卸压孔洞长度相同为L，L优选的为80~150m；

进一步的，所述的卸压孔扩孔段长度为i，i优选的为j的1/3~1/2；未扩孔段的孔洞直径d ₁ 优选的为100~200mm，小直径间隔差异卸压孔洞直径d ₂ 优选的为300~600mm，大直径间隔差异卸压孔洞直径d ₃ 优选的为600~1000mm。

进一步的，所述的小直径间隔差异卸压孔洞与巷道锚固边界距离为f，f优选的为200~4000mm；小直径间隔差异卸压孔洞间距为g，g优选的为500~800mm；大直径间隔差异卸压孔洞间距为h，h优选的为800~1600mm；大、小直径间隔差异卸压孔洞间距为k，k优选的为800~2000mm；

进一步的，所述单列布置的小直径间隔差异卸压孔洞的个数至少为两个；所述单排布置的小直径间隔差异卸压孔洞和大直径间隔差异卸压孔洞的个数分别至少为一个。

所述的煤巷内部形成与巷道轴向平行的卸压孔洞直径不宜过大，以致破坏巷道锚杆索支护系统，卸压孔洞直径也不宜过小，直径过小卸压效果不明显。

有益效果：

本发明一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，具有以下有益效果：

（1）与巷道轴向方向平行的大型卸压孔洞群，改变了深部煤巷应力状态，使支承压力峰值向围岩深部转移，深部煤巷受力大大缓解；

（2）卸压孔洞群为深部煤岩体持续蠕变变形提供较大的补偿空间，使深部煤岩的变形向卸压孔洞群转移，能有效阻断煤岩体向深部煤巷巷帮蠕变，减少深部煤巷巷帮变形量；

（3）卸压孔洞群与巷道锚固边界具有一定距离，并不会破坏巷道原有的支护系统，且通过卸压孔洞群的不同数量、直径、形状等布置方式达到有控让压，使深部煤巷的让压效果更好；

（4）巷道两帮设置受力与变形监测系统，可实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制，依据监测数据及时在原卸压孔洞基础上扩孔或补打卸压孔洞群，保证卸压孔洞群的正常使用，大幅降低了巷道维护工程量和费用。

附图说明

图1为煤巷一帮内部卸压孔洞三角断面结构示意图。

图2为煤巷一帮内部卸压孔洞三角平面结构示意图。

图3为煤巷两帮内部卸压孔洞对称三角断面结构示意图。

图4为煤巷两帮内部卸压孔洞对称三角平面结构示意图。

图5为煤巷一帮内部单排断面结构示意图。

图6为煤巷一帮内部单排平面结构示意图。

图7为煤巷两帮内部卸压孔洞对称单排断面结构示意图。

图8为煤巷两帮内部卸压孔洞对称单排平面结构示意图。

图9为煤巷一帮内部卸压孔洞单列断面结构示意图。

图10为煤巷一帮内部卸压孔洞单列平面结构示意图。

图11为煤巷两帮内部卸压孔洞非对称断面结构示意图。

图12为煤巷两帮内部卸压孔洞非对称平面结构示意图。

图13为煤巷一帮内部卸压孔洞反三角断面结构示意图。

图14为煤巷一帮内部卸压孔洞反三角平面结构示意图。

图15为煤巷两帮内部卸压孔洞对称反三角断面结构示意图。

图16为煤巷两帮内部卸压孔洞对称反三角平面结构示意图。

图17为煤巷一帮内部卸压孔洞多排多列断面结构示意图。

图18为煤巷一帮内部卸压孔洞多排多列平面结构示意图。

图19为煤巷两帮内部卸压孔洞对称多排多列断面结构示意图。

图20为煤巷一帮内部卸压孔洞对称多排多列平面结构示意图。

附图标记说明：1-煤巷；2-锚杆；3-锚索；4-锚索托盘；5-锚索槽钢；6-液压枕；7-钻孔应力计；8-锚固边界；9-小直径间隔差异卸压孔洞；10-大直径间隔差异卸压孔洞；11-十字交叉测点；a-钻孔应力计长度；b-钻孔应力计间距；c-液压枕间距；d ₁ -未扩孔段卸压孔洞直径；d ₂ -小直径间隔差异卸压孔洞直径；d ₃ -大直径间隔差异卸压孔洞直径；e-十字交叉测点间距；f-锚固边界距离；g-小直径间隔差异卸压孔洞间距；h-大直径间隔差异卸压孔洞间距；i-扩孔段长度；j-锚索间距；k-大、小直径间隔差异卸压孔洞间距；L-间隔差异卸压孔洞长度。

具体实施方式

根据不同的深部煤巷变形特征，本发明煤巷内部卸压孔洞群有不同的布置方案，如图1~20所示，皆为一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法的卸压孔洞群布置方式，但不仅局限于此，仍有许多布置方式尚未列出。下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明，以下实施例用来说明本发明，但是并不限制本发明的范围。

在附图中，一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，包括卸压孔洞群、钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统、巷道两帮位移量监测系统，利用卸压孔洞群解决深部巷道煤帮持续大变形问题，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统组成受力与变形监测系统；钻孔应力监测系统是由若干个布置在巷帮中部的钻孔应力计7组成，锚索应力监测系统是由若干个布置在锚索槽钢5与锚索托盘4间的液压枕6组成，巷道两帮位移量监测系统是由若干个十字交叉测点11组成，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统先于卸压孔洞群布置，监测巷道前期的应力以及监测布置卸压孔洞群后的应力，且同时用十字交叉法测量卸压前后的巷道位移量的变化，通过卸压前后的应力与变形对比，评价卸压孔洞群的卸压效果及程度，也为是否需要进一步卸压提供依据，当受力与变形系统中的钻孔应力计与液压枕的应力升高，且两帮位移量增加时，则需进一步卸压；卸压孔洞群在巷道两帮深部区域内并与巷道轴向方向平行，卸压孔洞群的由多种直径不同的孔洞组成且有多种布置方式，卸压孔洞群的布置可使围岩变形能部分释放和两帮支承应力峰值向深部大幅转移，同时为深部煤体持续向巷道两帮运移提供较大补偿空间。

实施例1

一深部巷道煤壁一帮持续大变形利用本发明的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，如图1、2所示，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

具体实施方法及步骤为：

（1）步骤一：在深部巷道一帮垂直煤壁安装钻孔应力计7，安装的钻孔应力计7长度为a，钻孔应力计7间距为b，钻孔应力计7覆盖整个深部巷道1，通过多个钻孔应力计7构建钻孔应力监测系统，长时有效监测巷道锚固边界8的应力状态，所述的钻孔应力计7长度a为5m，钻孔应力计7间距b为60m；

（2）步骤二，在巷道一帮锚索槽钢5与锚索托盘4间安装液压枕6，液压枕6间距为c，液压枕6覆盖整个深部巷道1，通过多个液压枕6构建锚索应力监测系统，长时有效监测锚索3的受力情况，所述的液压枕6间距c为70m；

（3）步骤三：在深部巷道煤帮布置巷道两帮位移量监测位置，采用十字交叉法监测巷道两帮位移量，其中相邻测点位置间距为e，通过多个十字交叉测点11构建巷道两帮位移量监测系统，长时有效监测巷道两帮位移量情况，所述的十字交叉测点间距e为60m；

（4）步骤四：在深部巷道煤帮深部区域布置卸压孔洞群，卸压孔洞群包括小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10，小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10是通过水力射流或机械扩孔等方式将卸压孔洞的一段长度的孔洞直径增加即在一段距离内对卸压孔洞扩孔，形成间隔差异卸压孔洞，小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10的普通段即未扩孔段的孔洞直径相同为d ₁ ，小直径间隔差异卸压孔洞9直径为d ₂ ，大直径间隔差异卸压孔洞10直径为d ₃ ，两者的扩孔段长度均为i，小直径与大直径间隔差异卸压孔洞9、10长度相同为L，卸压孔洞群采用等腰三角布置且在巷帮变形较严重的一侧布置，大直径间隔差异卸压孔洞10一个，小直径间隔差异卸压孔洞9上、下设置两个，小直径间隔差异卸压孔洞9靠近巷帮，其与巷道锚固边界8距离为f，小直径间隔差异卸压孔洞9的圆心位于同一竖直线上，两者间距为g，大直径间隔差异卸压孔洞10位于小直径间隔差异卸压孔洞10的外侧，三者构成等腰三角形，大直径间隔差异卸压孔洞10位于顶角的位置，大小直径间隔差异卸压孔洞10、9水平间距为k；所述巷帮沿长度均布多个锚索，相邻锚索之间均布锚杆，所述小直径间隔差异卸压孔洞9的扩孔段分别位于两锚索之间的中心部位，通过增加扩孔段的孔洞直径，提高未有锚索支护段的卸压强度；大直径间隔差异卸压孔洞10的扩孔段与小直径间隔差异卸压孔洞9的扩孔段在水平方向上交叉布置，增强小直径间隔差异卸压孔洞9未扩孔段卸压效果；锚索间距为j，所述的d ₁ 为120mm，d ₂ 为400mm，d ₃ 为800mm，L为100m，i为j的1/3~1/2，f为1000mm，g优选的为700mm，k优选的为800mm；根据实际情况，小直径间隔差异卸压孔洞9并不限于两个。

最终构建了受力与变形的监测系统与卸压孔洞群，通过卸压孔洞群对巷道卸压，受力与变形监测系统的设置，使巷道围岩应力增加与巷道变形加剧时能及时的在原卸压孔洞位置上再次扩孔或在另一位置重新补打卸压孔洞，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

实施例2

一深部巷道煤壁两帮持续大变形利用本发明的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，如图3、4所示，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

通过将实施例1与实施例2的图比较可以看出，实施例2同实施例1的卸压孔洞群布置方式均为等腰三角布置，大直径间隔差异卸压孔洞10位于小直径间隔差异卸压孔洞10的外侧，大直径间隔差异卸压孔洞10位于顶角的位置。两者的区别在于，实施例2在巷道帮的两侧都布置了大型卸压孔洞群，可见实施例2的巷道帮两侧都发生了较大的变形，且变形情况相当。

实施例3

一深部巷道煤壁一帮持续大变形利用本发明的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，如图5、6所示，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

具体实施方法及步骤为：

（1）步骤一：在深部巷道一帮垂直煤壁安装钻孔应力计7，安装的钻孔应力计7长度为a，钻孔应力计7间距为b，钻孔应力计7覆盖整个深部巷道1，通过多个钻孔应力计7构建钻孔应力监测系统，长时有效监测巷道锚固边界8的应力状态，所述的钻孔应力计7长度a为5m，钻孔应力计7间距b为60m；

（2）步骤二，在巷道一帮锚索槽钢5与锚索托盘4间安装液压枕6，液压枕6间距为c，液压枕6覆盖整个深部巷道1，通过多个液压枕6构建锚索应力监测系统，长时有效监测锚索3的受力情况，所述的液压枕6间距c为70m；

（3）步骤三：在深部巷道煤帮布置巷道两帮位移量监测位置，采用十字交叉法监测巷道两帮位移量，其中相邻测点位置间距为e，通过多个十字交叉测点11构建巷道两帮位移量监测系统，长时有效监测巷道两帮位移量情况，所述的十字交叉测点间距e为60m；

（4）步骤四：在深部巷道煤帮深部区域布置卸压孔洞群，卸压孔洞群包括小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10，小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10是通过水力射流或机械扩孔等方式将卸压孔洞的一段长度的孔洞直径增加即在一段距离内对卸压孔洞扩孔，形成间隔差异卸压孔洞，小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10的普通段即未扩孔段的孔洞直径相同均为d ₁ ，小直径间隔差异卸压孔洞9直径为d ₂ ，大直径间隔差异卸压孔洞10直径为d ₃ ，小直径与大直径间隔差异卸压孔洞9、10长度相同均为L，卸压孔洞群采用单排布置且在巷帮变形较严重的一侧布置，小直径间隔差异卸压孔洞9和大直径间隔差异卸压孔洞10分别设置一个，两者的圆心位于同一水平线上，小直径间隔差异卸压孔洞9靠近巷帮设置；所述巷帮沿长度均布多个锚索，相邻锚索之间均布锚杆，所述小直径间隔差异卸压孔洞9的扩孔段分别位于两锚索之间的中心部位，通过增加扩孔段的孔洞直径，提高未有锚索支护段的卸压强度；大直径间隔差异卸压孔洞10的扩孔段与小直径间隔差异卸压孔洞9的扩孔段在水平方向上交叉布置，增强小直径间隔差异卸压孔洞9未扩孔段卸压效果；锚索间距为j，小直径间隔差异卸压孔洞9与巷道锚固边界8距离为f，大、小直径间隔差异卸压孔洞10、9间距为k，扩孔段长度为i；所述的d ₁ 为120mm，d ₂ 为400mm，d ₃ 为800mm，L为100m，i为j的1/3~1/2，f为1000mm，k优选的为800mm；根据实际使用情况，小直径间隔差异卸压孔洞9和大直径间隔差异卸压孔洞10并不限于1个。

最终构建了受力与变形的监测系统与卸压孔洞群，通过卸压孔洞群对巷道卸压，受力与变形监测系统的设置，使巷道围岩应力增加与巷道变形加剧时能及时的在原卸压孔洞位置上再次扩孔或在另一位置重新补打卸压孔洞，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

实施例4

一深部巷道煤壁两帮持续大变形利用本发明的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，如图7、8所示，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

通过将实施例3与实施例4的图比较可以看出，实施例4同实施例3的卸压孔洞群布置方式均为单排布置，小直径间隔差异卸压孔洞9靠近巷帮设置，大直径间隔差异卸压孔洞10远离巷帮设置。两者的区别在于，实施例4在巷道帮的两侧都布置了大型卸压孔洞群，可见实施例4的巷道帮两侧都发生了较大的变形，且变形情况相当。

实施例5

一深部巷道煤壁一帮持续大变形利用本发明的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，如图9、10所示，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

具体实施方法及步骤为：

（1）步骤一：在深部巷道一帮垂直煤壁安装钻孔应力计7，安装的钻孔应力计7长度为a，钻孔应力计7间距为b，钻孔应力计7覆盖整个深部巷道1，通过多个钻孔应力计7构建钻孔应力监测系统，长时有效监测巷道锚固边界8的应力状态，所述的钻孔应力计7长度a为5m，钻孔应力计7间距b为60m；

（2）步骤二，在巷道一帮锚索槽钢5与锚索托盘4间安装液压枕6，液压枕6间距为c，液压枕6覆盖整个深部巷道1，通过多个液压枕6构建锚索应力监测系统，长时有效监测锚索3的受力情况，所述的液压枕6间距c为70m；

（3）步骤三：在深部巷道煤帮布置巷道两帮位移量监测位置，采用十字交叉法监测巷道两帮位移量，其中相邻测点位置间距为e，通过多个十字交叉测点11构建巷道两帮位移量监测系统，长时有效监测巷道两帮位移量情况，所述的十字交叉测点间距e为60m；

（4）步骤四：在深部巷道煤帮深部区域布置卸压孔洞群，卸压孔洞群包括小直径间隔差异卸压孔洞9，小直径间隔差异卸压孔洞9是通过水力射流或机械扩孔等方式将卸压孔洞的一段长度的孔洞直径增加即在一段距离内对卸压孔洞扩孔，形成间隔差异卸压孔洞，小直径间隔差异卸压孔洞9的普通段即未扩孔段的孔洞直径相同为d ₁ ，小直径间隔差异卸压孔洞9直径为d ₂ ，小直径间隔差异卸压孔洞9长度为L，卸压孔洞群采用单列布置且在巷帮变形较严重的一侧布置，小直径间隔差异卸压孔洞9设置两个，两个小直径间隔差异卸压孔洞9的圆心位于同一竖直线上；小直径间隔差异卸压孔洞9与巷道锚固边界8的水平距离为f，两个小直径间隔差异卸压孔洞9的间距为g，扩孔段长度为i；所述巷帮沿长度均布多个锚索，锚索间距为j，相邻锚索之间均布锚杆，所述小直径间隔差异卸压孔洞9的扩孔段分别位于两锚索之间的中心部位，通过增加扩孔段的孔洞直径，提高未有锚索支护段的卸压强度；所述的d ₁ 为120mm，d ₂ 为400mm，L为100m，i为j的1/3~1/2，f为1000mm，g优选的为700mm；根据实际使用情况，小直径间隔差异卸压孔洞9并不限于2个。

最终构建了受力与变形的监测系统与卸压孔洞群，通过卸压孔洞群对巷道卸压，受力与变形监测系统的设置，使巷道围岩应力增加与巷道变形加剧时能及时的在原卸压孔洞位置上再次扩孔或在另一位置重新补打卸压孔洞，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

实施例6

一深部巷道煤壁两帮持续大变形利用本发明的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，如图11、12所示，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

通过图15、16可以看出，实施例6的卸压孔洞群采用非对称布置，一帮为单列布置，小直径间隔差异卸压孔洞9两个；一帮为等腰三角形布置，小直径间隔差异卸压孔洞9两个，大直径间隔差异卸压孔洞10一个。其两侧的布置方式分别同实施例1、3相同。可见实施例6的巷道帮两侧都发生了较大的变形，且变形情况不一致，右侧变形较左侧更为严重一些。

实施例7

一深部巷道煤壁一帮持续大变形利用本发明的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，如图13、14所示，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

具体实施方法及步骤为：

（1）步骤一：在深部巷道一帮垂直煤壁安装钻孔应力计7，安装的钻孔应力计7长度为a，钻孔应力计7间距为b，钻孔应力计7覆盖整个深部巷道1，通过多个钻孔应力计7构建钻孔应力监测系统，长时有效监测巷道锚固边界8的应力状态，所述的钻孔应力计7长度a为5m，钻孔应力计7间距b为60m；

（2）步骤二，在巷道一帮锚索槽钢5与锚索托盘4间安装液压枕6，液压枕6间距为c，液压枕6覆盖整个深部巷道1，通过多个液压枕6构建锚索应力监测系统，长时有效监测锚索3的受力情况，所述的液压枕6间距c为70m；

（3）步骤三：在深部巷道煤帮布置巷道两帮位移量监测位置，采用十字交叉法监测巷道两帮位移量，其中相邻测点位置间距为e，通过多个十字交叉测点11构建巷道两帮位移量监测系统，长时有效监测巷道两帮位移量情况，所述的十字交叉测点间距e为60m；

（4）步骤四：在深部巷道煤帮深部区域布置卸压孔洞群，卸压孔洞群包括小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10，小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10是通过水力射流或机械扩孔等方式将卸压孔洞的一段长度的孔洞直径增加即在一段距离内对卸压孔洞扩孔，形成间隔差异卸压孔洞，小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10的普通段即未扩孔段的孔洞直径相同为d ₁ ，小直径间隔差异卸压孔洞9直径为d ₂ ，大直径间隔差异卸压孔洞10直径为d ₃ ，小直径与大直径间隔差异卸压孔洞9、10长度相同为L，卸压孔洞群采用等腰三角形布置且在巷帮变形较严重的一侧布置，小直径间隔差异卸压孔洞9设置一个，大直径间隔差异卸压孔洞10设置两个，小直径间隔差异卸压孔洞9位于等腰三角形的顶角位置，且小直径间隔差异卸压孔洞9靠近巷帮设置；所述巷帮沿长度均布多个锚索，相邻锚索之间均布锚杆，所述小直径间隔差异卸压孔洞9的扩孔段分别位于两锚索之间的中心部位，通过增加扩孔段的孔洞直径，提高未有锚索支护段的卸压强度；大直径间隔差异卸压孔洞10的扩孔段与小直径间隔差异卸压孔洞9的扩孔段在水平方向上交叉布置，增强小直径间隔差异卸压孔洞9未扩孔段卸压效果；小直径间隔差异卸压孔洞9与巷道锚固边界8的水平距离为f，大、小直径间隔差异卸压孔洞9、10的水平间距为k，大直径间隔差异卸压孔洞10间距为h，大、小直径间隔差异卸压孔洞9、10的扩孔段长度为i，锚索间距为j；所述的d ₁ 为120mm，d ₂ 为400mm，d ₃ 为800mm，L为100m，i为j的1/3~1/2，f为1000mm，h为1200mm，k为800mm；根据实际使用情况，大直径间隔差异卸压孔洞10并不限于1个。

最终构建了受力与变形的监测系统与卸压孔洞群，通过卸压孔洞群对巷道卸压，受力与变形监测系统的设置，使巷道围岩应力增加与巷道变形加剧时能及时的在原卸压孔洞位置上再次扩孔或在另一位置重新补打卸压孔洞，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

实施例8

一深部巷道煤壁两帮持续大变形利用本发明的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，如图15、16所示，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

通过将实施例8与实施例7的图比较可以看出，实施例8同实施例7的卸压孔洞群布置方式均为等腰三角形布置，小直径间隔差异卸压孔洞9靠近巷帮设置，作为顶角，大直径间隔差异卸压孔洞10远离巷帮设置。两者的区别在于，实施例8在巷道帮的两侧都布置了大型卸压孔洞群，可见实施例8的巷道帮两侧都发生了较大的变形，且变形情况相当。

实施例9

一深部巷道煤壁一帮持续大变形利用本发明的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，如图17、18所示，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

具体实施方法及步骤为：

（1）步骤一：在深部巷道一帮垂直煤壁安装钻孔应力计7，安装的钻孔应力计7长度为a，钻孔应力计7间距为b，钻孔应力计7覆盖整个深部巷道1，通过多个钻孔应力计7构建钻孔应力监测系统，长时有效监测巷道锚固边界8的应力状态，所述的钻孔应力计7长度a为5m，钻孔应力计7间距b为60m；

（2）步骤二，在巷道一帮锚索槽钢5与锚索托盘4间安装液压枕6，液压枕6间距为c，液压枕6覆盖整个深部巷道1，通过多个液压枕6构建锚索应力监测系统，长时有效监测锚索3的受力情况，所述的液压枕6间距c为70m；

（3）步骤三：在深部巷道煤帮布置巷道两帮位移量监测位置，采用十字交叉法监测巷道两帮位移量，其中相邻测点位置间距为e，通过多个十字交叉测点11构建巷道两帮位移量监测系统，长时有效监测巷道两帮位移量情况，所述的十字交叉测点间距e为60m；

（4）步骤四：在深部巷道煤帮深部区域布置卸压孔洞群，卸压孔洞群包括小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10，小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10是通过水力射流或机械扩孔等方式将卸压孔洞的一段长度的孔洞直径增加即在一段距离内对卸压孔洞扩孔，形成间隔差异卸压孔洞，小直径间隔差异卸压孔洞9与大直径间隔差异卸压孔洞10的普通段即未扩孔段的孔洞直径相同为d ₁ ，小直径间隔差异卸压孔洞9直径为d ₂ ，大直径间隔差异卸压孔洞10直径为d ₃ ，小直径与大直径间隔差异卸压孔洞9、10长度相同为L，卸压孔洞群采用矩形布置且在巷帮变形较严重的一侧布置，小直径间隔差异卸压孔洞9和大直径间隔差异卸压孔洞10分别设置两个，小直径间隔差异卸压孔洞9靠近巷帮设置；所述巷帮沿长度均布多个锚索，相邻锚索之间均布锚杆，所述小直径间隔差异卸压孔洞9的扩孔段分别位于两锚索之间的中心部位，通过增加扩孔段的孔洞直径，提高未有锚索支护段的卸压强度；大直径间隔差异卸压孔洞10的扩孔段与小直径间隔差异卸压孔洞9的扩孔段在水平方向上交叉布置，增强小直径间隔差异卸压孔洞9未扩孔段卸压效果；小直径间隔差异卸压孔洞9与巷道锚固边界8的水平距离为f，小直径间隔差异卸压孔洞10间距为g，大、小直径间隔差异卸压孔洞10、9水平间距为k，大直径间隔差异卸压孔洞10间距为h，扩孔段长度为i，锚索间距为j；所述的d ₁ 为120mm，d ₂ 为400mm，d ₃ 为800mm，L为100m，i为j的1/3~1/2，f为1000mm，h为1200mm，g为700mm，k为800mm；根据实际使用情况，小直径间隔差异卸压孔洞9、大直径间隔差异卸压孔洞10并不限于两个。

最终构建了受力与变形的监测系统与卸压孔洞群，通过卸压孔洞群对巷道卸压，受力与变形监测系统的设置，使巷道围岩应力增加与巷道变形加剧时能及时的在原卸压孔洞位置上再次扩孔或在另一位置重新补打卸压孔洞，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

实施例10

一深部巷道煤壁一帮持续大变形利用本发明的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，如图19、20所示，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制。

通过将实施例10与实施例9的图比较可以看出，实施例10同实施例9的卸压孔洞群布置方式均为矩形布置，小直径间隔差异卸压孔洞9和大直径间隔差异卸压孔洞10分别设置两个，小直径间隔差异卸压孔洞9靠近巷帮设置。两者的区别在于，实施例10在巷道帮的两侧都布置了大型卸压孔洞群，可见实施例10的巷道帮两侧都发生了较严重的变形，且变形情况相当。

尽管上文对本发明做了详细说明，但本发明一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法的卸压孔洞群布置方式多样，不限于此，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，包括卸压孔洞群、钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统和巷道两帮位移量监测系统，利用卸压孔洞群解决深部巷道煤帮持续大变形问题，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统组成受力与变形监测系统；所述钻孔应力监测系统是由若干个布置在巷帮中部的钻孔应力计组成，锚索应力监测系统是由若干个布置在锚索槽钢与锚索托盘间的液压枕组成，巷道两帮位移量监测系统是由若干个十字交叉测点组成，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统先于卸压孔洞群布置，监测巷道前期的应力以及监测布置卸压孔洞群后的应力，且同时用十字交叉法测量卸压前后的巷道位移量的变化，通过卸压前后的应力与变形对比，评价卸压孔洞群的卸压效果及程度，也为是否需要进一步卸压提供依据，当受力与变形系统中的钻孔应力计与液压枕的应力升高，且两帮位移量增加时，则需进一步卸压；卸压孔洞群在巷道两帮深部区域内并与巷道轴向方向平行，卸压孔洞群由多种直径不同的孔洞组成且有多种布置方式，卸压孔洞群的布置可使围岩变形能部分释放和两帮支承应力峰值向深部大幅转移，同时为深部煤体持续向巷道两帮运移提供较大补偿空间；具体的实施方法及步骤为：

步骤一：在深部巷道中部垂直煤帮安装钻孔应力计，安装的钻孔应力计长度为a，钻孔应力计间距为b，钻孔应力计覆盖整个深部巷道，通过多个钻孔应力计构建钻孔应力监测系统，长时有效监测巷道锚固范围的应力状态；

步骤二，在巷道锚索槽钢与锚索托盘间安装液压枕，液压枕间距为c，液压枕覆盖整个深部巷道，通过多个液压枕构建锚索应力监测系统，长时有效监测锚索的受力情况；

步骤三：在深部巷道煤帮处布置十字交叉测点，采用十字交叉法监测巷道两帮位移量，其中相邻测点位置间距为e，通过多个十字交叉测点构建巷道两帮位移量监测系统，长时有效监测巷道两帮位移量情况；

步骤四：在深部巷道煤帮深部区域布置卸压孔洞群，卸压孔洞群根据扩孔直径的大小分为小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞，小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞是通过水力射流或机械扩孔的方式在一段距离内对卸压孔洞扩孔，形成间隔差异卸压孔洞；小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞的未扩孔段的孔洞直径相同为d ₁ ；在靠近巷帮处扩孔时，则在巷帮相邻锚索间扩孔，通过增加扩孔段的孔洞直径，提高未有锚索支护段的卸压强度，远离巷帮时则与上一间隔差异卸压孔洞的扩孔段进行交叉布置，增强上一间隔差异卸压孔洞未扩孔段卸压效果；

所述的小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞主要有三种布置方式：

①当深部巷道煤帮持续变形不严重，需让压空间较小时，卸压孔洞群的钻孔直径不需太大，卸压孔洞数较少，则卸压孔洞布置方式为单排或单列布置,当单排设置时，靠近锚固边界的设置小直径间隔差异卸压孔洞，远离锚固边界的设置大直径间隔差异卸压孔洞；当单列设置时，设置小直径间隔差异卸压孔洞，且靠近锚固边界设置；

②当深部巷道煤帮持续变形严重，让压空间较大时，在离锚固边界较近让压需缓，布置小直径间隔差异卸压孔洞；在远离锚固端则布置大直径间隔差异卸压孔洞，卸压孔洞布置方式为以小直径间隔差异卸压孔洞或大直径间隔差异卸压孔洞为顶角构成等腰三角形布置，让靠近锚固边界的卸压缓和；

③当深部巷道煤帮持续变形特别严重，采用较大的直径卸压孔洞，卸压孔洞数较少会造成卸压剧烈，卸压不可控，如采用较小的卸压孔洞直径与较多的卸压孔洞数，卸压环境较好，卸压缓和，通过缩小卸压孔洞直径与增加数量使得卸压可控，在离锚固边界较近处布置小直径间隔差异卸压孔洞；在远离锚固端则布置大直径间隔差异卸压孔洞，采用矩形布置方式。

2.根据权利要求1所述的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，其特征是，深部巷道煤帮区域内的卸压孔洞群的布置根据现场煤帮的变形情况确定，当巷道煤帮一侧持续变形严重，则在巷道变形严重的一帮布置大型卸压孔洞群，当巷道煤帮持续变形不对称时，则根据变形情况对巷道两帮的卸压孔洞群进行不对称布置，煤巷持续变形严重的一帮卸压孔洞直径较大，卸压孔洞数量较多，煤巷持续变形不严重的一帮卸压孔洞直径较小，卸压孔洞数量较少，当煤巷两帮持续变形都严重，则卸压孔洞群的孔洞布置方式根据现场情况确定。

3.根据权利要求1所述的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，其特征是，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统共同组成巷道受力与变形监测系统，长时有效的监测巷道围岩应力及变形，在巷道围岩应力显著增加，巷道两帮位移量增加或明显能看到卸压孔洞闭合时，则在原卸压孔洞位置上再次扩孔或在另一位置重新补打卸压孔洞，及时的对巷道卸压，长时有效的保护巷道，控制巷道持续大变形。

4.根据权利要求1所述的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，其特征是，钻孔应力计间距b与液压枕间距c根据深部巷道煤帮变形情况确定进行分段不同间距布置，即在巷道围岩持续变形严重段钻孔应力计间距b与液压枕间距c减小，道围岩持续变形不严重段钻孔应力计间距b与液压枕间距c增加，实现对巷道围岩持续变形精细化监控。

5.根据权利要求1所述的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，其特征是，所述的钻孔应力计长度a为3~6m，钻孔应力计间距b为50~100m。

6.根据权利要求1所述的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，其特征是，所述的十字交叉测点间距e为50~100m；所述的液压枕间距c为50~100m。

7.根据权利要求1所述的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，其特征是，所述小直径与大直径间隔差异卸压孔洞长度相同为L，L为80~150m。

8.根据权利要求1所述的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，其特征是，所述的卸压孔扩孔段长度为i，i为j的1/3~1/2；未扩孔段的孔洞直径d ₁ 为100~200mm，小直径间隔差异卸压孔洞直径d ₂ 为300~600mm，大直径间隔差异卸压孔洞直径d ₃ 为600~1000mm。

9.根据权利要求1所述的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，其特征是，所述的小直径间隔差异卸压孔洞与巷道锚固边界距离为f，f为200~4000mm；小直径间隔差异卸压孔洞间距为g，g为500~800mm；大直径间隔差异卸压孔洞间距为h，h为800~1600mm；大、小直径间隔差异卸压孔洞间距为k，k为800~2000mm。

10.根据权利要求1所述的一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，其特征是，所述单列布置的小直径间隔差异卸压孔洞的个数至少为两个；所述单排布置的小直径间隔差异卸压孔洞和大直径间隔差异卸压孔洞的个数分别至少为一个。

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