CN111927456A - 一种动载深部采区煤柱失稳卸-固-让多级防治方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动载深部采区煤柱失稳卸‑固‑让多级防治方法，首先确定护巷煤柱失稳实施靶区，也就是确定煤柱高静载区域，然后将靶区平均分为两个卸‑固‑让实施区域，分区域实施卸‑固‑让多级防治工艺,等注浆材料凝固后，第一卸‑固‑让实施区域和第二卸‑固‑让实施区域中注浆材料的橡胶颗粒随采区大巷护巷煤柱中应力的增大而被压缩，而不是全部作用在树脂材料凝结块体上，以此达到让压、吸能的作用；注浆材料充满高压水射流割缝钻孔、缝槽和裂隙，同时注浆材料将相邻缝槽连为一体达到加固作用，增加采区大巷护巷煤柱强度。

Description

一种动载深部采区煤柱失稳卸-固-让多级防治方法

技术领域

本发明涉及深部矿井护巷煤柱稳定性控制技术领域，尤其是涉及一种动载深部采区煤柱失稳“卸-固-让”多级防治方法。

背景技术

目前随着开采技术的提高以及自动化、智能化设备的应用，煤炭产量大幅度提升，浅部煤炭资源已开采殆尽，开采深度逐步向深部延伸。深部矿井大部分采区大巷(轨道大巷、运输大巷、回风大巷)布置在煤层中，为保证巷道的稳定性，在大巷之间一般会留设30～40m护巷煤柱。采区煤柱是井下煤柱的重要组成部分，肩负着保障上(下)采区大巷稳定的重要任务，一旦破坏失稳严重影响整个区域通风、运输以及行人安全。但在深部工作面开采过程中，在采动应力和动载作用双重影响下易失稳，甚至诱发动力灾害，阻碍了矿井安全生产。

对于目前，国内深部矿井采区护巷煤柱稳定性控制主要从卸压与改善煤柱承载性能两方面，以防止煤柱失稳。对于前者，主要采用人为施工手段，如大直径钻孔卸压、煤柱注水软化、煤柱水力割缝等方式，消除护巷煤柱应力集中，该方法虽然能使力源转移、消除，但是破坏了煤柱完整性，导致煤柱承载程度也相应降低，护巷性能劣化，严重时会造成煤柱大变形甚至坍塌。而对于后者，主要是利用支护材料对关键部位进行强支或注浆材料对煤柱进行改性，提高煤柱的强度，但该方法只能维护煤柱局部的稳定性，不能对力源进行有效的破坏，达不到治标治本的效果。相关工程实践表明，单一的采用卸压或改善煤柱承载性能等技术，很难有效防治深部采区护巷煤柱失稳，即使相关学者提出了从卸压或改善煤柱承载性能等两方面共同入手，也因为深部采区煤柱护巷煤柱应力环境的复杂性，导致该方法具有一定的局限性，限制了其广泛推广应用。审视深部采区护巷煤柱失稳的背后，其发生常与高静载、动载(矿震、爆破载荷、顶板断裂动载)耦合作用息息相关。因此，亟需一种结合深部护巷煤柱受力环境相适应的多级防治方法，既能消除煤柱高静载，又能提高承载性能，强化抗动载性能。

现有的技术中，针对煤层卸压技术，进行了一系列技术改进，例如：(1)中国专利公开号CN103306713 B公开了一种高突煤层穿层钻孔网络化加固方法，该发明通过在底板岩巷穿层钻孔抽采瓦斯后，有选择的对钻孔间隔压注加固材料浆液，浆液充填钻孔并向周围煤体内渗透，形成网络化加固区域，增大煤体强度，使煤层巷道两侧形成“强弱强”结构体系，以此改善高突煤层的强度和应力分布，使采用大量穿层钻孔预抽后的煤层巷道更易支护，有效消除采掘过程中的危险性。但是该方法在施工时对钻孔的角度要求较高，如果角度有偏差，缝槽实际位置就会与设计位置存在误差，达不到预想的效果，同时，该方法的控制对象是巷道瓦斯突出，这也就决定了仅在巷道两帮局部区域使用该方法进行调控。不容忽略的是煤层瓦斯突出机理与深部采区护巷煤柱失稳机理截然不同，这也就导致了防治方法的差异性很大。对于深部采区护巷煤柱失稳机理，动载效应已经得到相关学者证实，其指导下的防治理念核心是不能全部依靠强支或强抗，而是使其具有一定的让压吸能性能。(2)中国专利公开号CN11080771 A公开了一种深井高应力大巷煤柱释能改性防治冲击地压的方法，该方法首先实施大直径卸压钻孔，释放煤体积聚弹性能；其次，大直径钻孔内进行超高压定点水力压裂，将完整煤柱裂化，减弱大巷煤柱蓄能能力：然后，对压裂后的大巷煤柱实施注浆加固，增加大巷煤柱强度，提升抗冲击性能；最后，实施补强支护，增加大巷煤柱的抗冲击能力。该方法通过释放大巷煤柱积聚弹性能，改变大巷煤柱物理力学性质，提升大巷煤柱冲击阈值，有效降低了高应力大巷煤柱积聚的弹性能，同时也解决了大巷煤柱卸压后强度降低易发生围岩大变形的难题。相关研究表明，煤层具有节理、层理发育等显著特点，这也就导致了在煤层中进行定点水力压裂，裂缝或裂隙不易控制，容易沿煤层中弱面延伸。使用该方法时注浆材料沿弱面延伸，导致注浆加固区域不集中，很难对煤柱进行区域化整体加固，不言而喻效果很难保证。此外，审视发现，该专利的核心权利是煤柱内部卸压、加固与外部强支护以防止煤柱冲击地压，其目的仅仅是依靠大直径钻孔与水力压裂单一消除煤柱内部高静载力源，而忽略了对外部力源的控制。实践发现，大巷煤柱不仅承受一次采动或多次采动影响，而且也常受到动荷载。该发明提供的注浆加固方法与材料，使煤柱胶结成类刚性材料，很难对后期采动应力或动载进行让压、吸能，故不能保证护巷煤柱的长期稳定性。(3)中国专利公开号CN110145233A公开了一种冲击地压煤层“钻-割-压-抽-注”多灾害协同防治方法，该方法通过在本煤层内施工顺层长钻孔依次实施钻孔钻进、水力割缝、水力压裂、瓦斯抽采、煤层注水、压注阻化剂等技术措施，从而实现冲击地压煤层的瓦斯强化抽采，冲击地压、煤尘和煤层自燃的协同防治。该技术的缺陷也是显而易见，根据冲击地压防治理论，在防治冲击地压时，采用大直径钻孔卸压、水力割缝、深孔爆破等技术时，其作业靶区为煤层高应力集中区，使巷道两侧应力峰值区域向深部转移或破坏，但该发明对于巷道两侧应力峰值区域未破坏或者转移，而是将巷道两侧应力峰值区域作为封孔区域，(详见具体步骤d：当完成顺层钻孔水力割缝后，对顺层钻孔进行封孔，封孔长度大于煤层钻孔的原始应力区深度)，这样达不到防治冲击地压的目的，容易导致巷道发生动力灾害，致使巷道变形、失稳，不能保证煤矿的安全高效生产，故此专利思想不能为深部采区煤柱失稳防治提供一种借鉴。

发明内容

为了保证深部采区煤柱的稳定性，避免采区护巷煤柱失稳，导致采区大巷大变形、垮冒、煤壁片帮等灾害。本发明提出一种动载深部采区煤柱失稳“卸-固-让”多级防治方法，该方法首先利用高压水射流对采区大巷护巷煤柱高静载应力区域进行割缝，起到一级卸压；然后采用含橡胶颗粒树脂注浆材料对缝槽进行注浆，进而起到二级加固；其中注浆材料凝固后，树脂注浆材料中橡胶颗粒可以达到一定的让压、吸能效果，最终达到三级让压、吸能。通过上述的一级卸压-二级加固-三级让压、吸能，既能消除深部采区护巷煤柱高静载应力的集中，又能提高煤柱的整体承载能力，又兼顾了对外部动载的适应性，以此保证采区煤柱稳定性，延长采区大巷使用寿命。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种动载深部采区煤柱失稳“卸-固-让”多级防治方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、“卸-固-让”多级防治护巷煤柱失稳实施靶区的确定

采区大巷护巷煤柱位于轨道大巷和回风大巷之间，根据相关研究表明，采区大巷护巷煤柱由外至内形成破坏区、塑性区及弹性核区，其中弹性核区是高静载区域，也就是煤柱失稳力源区域。因此，为了消除煤柱失稳力源，其核心是“卸-固-让”防治护巷煤柱失稳实施靶区的确定，也就是确定煤柱高静载区域。目前，确定煤柱高静载区域的方法有现场监测、数值模拟、理论推导等方法。为了增加其准确率，提出了基于多源信息融合的高静载区域确定方法，其主要涉及现场钻孔应力计监测、数值模拟及煤粉量监测，且确定步骤如下：

(1)现场钻孔应力计监测确定煤柱高静载区域

根据现场条件，在轨道大巷煤柱帮布置钻孔应力计监测站，监测站安设5个钻孔应力计，设采区大巷护巷煤柱宽度为B(30m≤B≤40m)，钻孔深度分别为0.15B、0.25B、0.35B、0.45B、0.55B，待测站安装完毕后，开始记录各个钻孔应力计数值，采集时段为30天，待测站监测数据采集结束后，对数据进行分析，确定采区大巷护巷煤柱内部高静载区域宽度为B₁；

(2)数值模拟确定煤柱高静载区域

根据现场条件，建立FLAC 3D数值模型，然后根据模拟结果，确定采区大巷护巷煤柱内部高静载区域宽度为B₂；

(3)煤粉量监测确定煤柱高静载区域

根据相关研究表明，钻孔不同深度处煤粉量的分布规律可推断煤体上支承压力分布规律，两者之间有相关的函数关系，通过钻孔煤粉量变化可以确定煤柱高静载区域。

在实施步骤(1)轨道大巷煤柱帮布置钻孔应力计时，对钻孔的煤粉量进行收集、分析，确定采区大巷护巷煤柱内部高静载区域宽度为B₃；

(4)基于多源信息融合的高静载区域确定方法

构建基于多源信息融合的如式(1)所示的高静载区域模型，利用该模型对现场钻孔应力计监测、数值模拟及煤粉量监测三种方法确定的煤柱高静载区域进行分析，准确获得宽度为B_D的煤柱高静载区域；

B_D＝W₁B₁+W₂B₂+W₃B₃ (1)

式中：B_D为煤柱高静载区域宽度，m；B₁为现场钻孔应力计监测方法确定的高静载区域宽度，m；B₂为数值模拟方法确定的高静载区域宽度，m；B₃为煤粉量监测方法确定的高静载区域宽度，m；W₁为现场钻孔应力计监测方法确定高静载区域权重系数；W₂是数值模拟方法确定高静载区域权重系数；W₃是煤粉量监测方法确定高静载区域权重系数；

由上述分析可知采区大巷护巷煤柱宽度为B和煤柱高静载区域宽度为B_D，通过公式(2)可获得煤柱两侧塑性区宽度B₀为:

第二步、“卸-固-让”多级防治护巷煤柱工艺实施

根据相关研究表明，如果采区大巷护巷煤柱高静载区域(弹性核区)全部破坏变成塑性区，煤柱将失去承载能力，造成采区大巷大变形甚至失稳。因此，在采用高压水射流割缝破坏护巷煤柱高静载区域时要分区域进行割缝卸压以及注浆加固、让压，这样才能保证高压水射流割缝时护巷煤柱不发生变形失稳。因此将采区大巷护巷煤柱高静载区域平均分为两部分，两部分实施区域宽度均为0.5B_D，设处在孔底的那部分为第一“卸-固-让”实施区域，另一部分称为第二“卸-固-让”实施区域；现场施工顺序：首先对第一“卸-固-让”实施区域进行割缝、注浆，待第一“卸-固-让”实施区域注浆材料凝固后，再对第二“卸-固-让”实施区域进行割缝、注浆；待第二“卸-固-让”实施区域注浆材料凝固后，第一“卸-固-让”实施区域和第二“卸-固-让”实施区域中注浆材料的橡胶颗粒可以随采区大巷护巷煤柱中应力的增大而被压缩，而不是全部作用在树脂材料凝结块体上，以此达到让压、吸能的作用；注浆材料充满高压水射流割缝钻孔、缝槽和裂隙，同时注浆材料将相邻缝槽连为一体达到加固作用，增加采区大巷护巷煤柱强度。

进一步：具体施工方法为：

2.1第一“卸-固-让”实施区域工艺实施

2.1.1一级卸压

(a)首先在轨道大巷煤柱帮利用高压水射流割缝设备采用常压水(水压小于15MPa)钻进割缝钻孔至设计深度，其中割缝钻孔深度为B₀+B_D；

(b)然后将常压水调为高压水(水压为40MPa～60MPa)，利用高压水射流割缝设备在第一“卸-固-让”实施区域设定位置进行割缝；

(c)在第一“卸-固-让”实施区域割缝结束后，将钻杆、割缝器、钻头等设备从割缝钻孔中退出。

2.1.2二级加固-三级让压、吸能

(a)首先将封孔器推送至第一“卸-固-让”实施区域设定封堵处并封孔；

(b)然后利用注浆泵将含橡胶颗粒树脂注浆材料注入高压水射流割缝钻孔第一“卸-固-让”实施区域部分、第一“卸-固-让”实施区域缝槽和第一“卸-固-让”实施区域裂隙内，当注浆泵监测仪表达到7～8MPa，停止注浆；

(c)待注浆结束后，将封孔器卸压，抽出封孔器。

2.2第二“卸-固-让”实施区域工艺实施

2.2.1一级卸压

(a)待第一“卸-固-让”实施区域注浆材料凝固后，利用高压水射流割缝设备采用高压水(水压为40MPa～60MPa)在第二“卸-固-让”实施区域设定位置进行割缝；

(b)在第二“卸-固-让”实施区域割缝结束后，将钻杆、割缝器、钻头等设备从割缝钻孔中退出。

2.2.2二级加固-三级让压、吸能

(a)首先将封孔器推送至第二“卸-固-让”实施区域设定封堵处并封孔；

(b)然后利用注浆泵将含橡胶颗粒树脂注浆材料注入高压水射流割缝钻孔第二“卸-固-让”实施区域部分、第二“卸-固-让”实施区域缝槽和第二“卸-固-让”实施区域裂隙内，当注浆泵监测仪表达到7～8MPa，停止注浆；

(c)待注浆结束后，将封孔器卸压，抽出封孔器。

本发明的有益效果：

(1)本发明首先利用高压水射流对采区大巷护巷煤柱高静载应力区域进行割缝，消除深部采区护巷煤柱高静载应力的集中，然后采用含橡胶颗粒树脂注浆材料对高压水射流割缝钻孔、缝槽和裂隙进行注浆，待凝固后起到加固作用，当来压增大时，其中树脂注浆材料中的橡胶颗粒由于具有弹性而收缩起到缓冲作用，可以达到一定的让压、吸能效果，同时注浆材料能够提高煤柱的整体承载能力，通过一级卸压-二级加固-三级让压、吸能可以强化抗动载性能，以此避免集中大巷发生动力灾害事故。

(2)本发明将靶区设在高静载区域，也就是高应力区，然后利用基于多源信息融合技术，精确的确定了煤柱高静载区域所在的区域，为后期消除煤柱失稳力源奠定了基础。

(3)本发明在采用高压水射流割缝破坏护巷煤柱高静载区域时要分区域进行割缝以及对割缝区域注浆，以此保证高压水射流割缝时，采区大巷护巷煤柱高静载区域时不会全部破坏变成塑性区，采区大巷护巷煤柱不发生变形失稳。

(4)本发明的动载深部采区煤柱失稳“卸-固-让”多级防治方法，可以保证采区大巷稳定性，延长采区大巷使用寿命，解决深部煤层多条上山巷道破坏程度大，维护困难等问题,对矿井的安全生产、经济效益和社会效益都有着重要的意义。

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。

图1为第一“卸-固-让”实施区域与第二“卸-固-让”实施区域确定示意图；

图2为第一“卸-固-让”实施区域高压水射流割缝缝槽布置示意图；

图3为图2A-A剖面图；

图4为图2B-B剖面图；

图5为第一“卸-固-让”实施区域注浆设备连接示意图；

图6为第一“卸-固-让”实施区域缝槽注浆后示意图；

图7为图6C-C剖面图；

图8为第二“卸-固-让”实施区域高压水射流割缝缝槽布置示意图；

图9为图8D-D剖面图；

图10为第二“卸-固-让”实施区域注浆设备连接示意图；

图11为采区大巷护巷煤柱高压水射流缝槽注浆后整体示意图；

图12为图11E-E剖面图。

图中：

1-采区大巷护巷煤柱；2-轨道大巷；3-回风大巷；4-轨道大巷煤柱帮；5-割缝钻孔；6-第一“卸-固-让”实施区域缝槽；7-第一“卸-固-让”实施区域裂隙；8-注浆泵；9-注浆软管；10-封孔器；101-封孔器气囊；102-封孔器注浆管；103-封孔器打压管；104-封孔器出浆口；11-打压软管；12-打压泵；13-注浆材料；131-树脂材料；132-橡胶颗粒；14-第二“卸-固-让”实施区域缝槽；15-第二“卸-固-让”实施区域裂隙。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种动载深部采区煤柱失稳“卸-固-让”多级防治方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、“卸-固-让”多级防治护巷煤柱失稳实施靶区的确定

采区大巷护巷煤柱1位于轨道大巷2和回风大巷3之间，根据相关研究表明，采区大巷护巷煤柱1由外至内形成破坏区、塑性区及弹性核区，其中弹性核区是高静载区域，也就是煤柱失稳力源区域。因此，为了消除煤柱失稳力源，其核心是“卸-固-让”防治护巷煤柱失稳实施靶区的确定，也就是确定煤柱高静载区域。目前，确定煤柱高静载区域的方法有现场监测、数值模拟、理论推导等方法。为了增加其准确率，提出了基于多源信息融合的高静载区域确定方法，其主要涉及现场钻孔应力计监测、数值模拟及煤粉量监测，且确定步骤如下：

1.现场钻孔应力计监测确定煤柱高静载区域

根据现场条件，在轨道大巷煤柱帮4布置钻孔应力计监测站，监测站安设五个钻孔应力计，设采区大巷护巷煤柱宽度为B(30m≤B≤40m)，钻孔深度分别为0.15B、0.25B、0.35B、0.45B、0.55B，待测站安装完毕后，开始记录各个钻孔应力计数值，采集时段为30天，待测站监测数据采集结束后，对数据进行分析，确定采区大巷护巷煤柱1内部的煤柱高静载区域宽度为B₁。

2.数值模拟确定煤柱高静载区域

根据现场条件，建立FLAC 3D数值模型，依据模拟结果，确定采区大巷护巷煤柱1内部的煤柱高静载区域宽度为B₂。

3.煤粉量监测确定煤柱高静载区域

根据相关研究表明，钻孔不同深度处煤粉量的分布规律可推断煤体上支承压力分布规律，两者之间有相关的函数关系，通过钻孔煤粉量变化可以确定煤柱高静载区域。

对上述现场钻孔应力计安装钻孔的煤粉量进行收集、分析，最后可确定采区大巷护巷煤柱1内部的煤柱高静载区域宽度为B₃。

4.基于多源信息融合的高静载区域确定方法

构建基于多源信息融合的高静载区域模型(见公式(1))，利用模型对现场钻孔应力计监测、数值模拟及煤粉量监测三种方法确定的煤柱高静载区域进行分析，准确获得宽度为B_D的煤柱高静载区域。

B_D＝W₁B₁+W₂B₂+W₃B₃ (1)

式中：B_D为煤柱高静载区域，m；B₁为现场钻孔应力计监测方法确定的高静载区域，m；B₂为数值模拟方法确定的高静载区域，m；B₃为煤粉量监测方法确定的高静载区域，m；W₁为现场钻孔应力计监测方法确定高静载区域权重系数；W₂是数值模拟方法确定高静载区域权重系数；W₃是煤粉量监测方法确定高静载区域权重系数。

上述权重系数W_1、W_2、W₃分别取值0.4、0.3、0.3。

由上述分析可知采区大巷护巷煤柱1宽度为B和煤柱高静载区域宽度为B_D，通过公式(2)可获得煤柱两侧塑性区宽度B₀为:

采区大巷护巷煤柱1的高静载区域和煤柱两侧塑性区区域如图1所示。

第二步、“卸-固-让”多级防治护巷煤柱工艺实施

根据相关研究表明，如果采区大巷护巷煤柱1高静载区域(弹性核区)全部破坏变成塑性区，采区大巷护巷煤柱1将失去承载能力，造成采区大巷大变形甚至失稳。因此，在采用高压水射流割缝破坏护巷煤柱高静载区域时要分区域进行割缝卸压以及注浆加固、让压，这样才能保证高压水射流割缝时采区大巷护巷煤柱1不发生变形失稳。因此将采区大巷护巷煤柱1高静载区域平均分为两部分，设处在孔底的区域为第一“卸-固-让”实施区域，用B_D-1表示，宽度为0.5B_D、远离孔底的区域为第二“卸-固-让”实施区域，用B_D-2表示，宽度为0.5B_D，如图1所示。现场施工顺序：首先对第一“卸-固-让”实施区域进行割缝、注浆，待第一“卸-固-让”实施区域注浆材料凝固后，再对第二“卸-固-让”实施区域进行割缝、注浆。具体方法为：

2.1第一“卸-固-让”实施区域工艺实施

2.1.1一级卸压

(a)首先在轨道大巷煤柱帮利用高压水射流割缝设备采用常压水(水压小于15MPa)钻进割缝钻孔5至设计深度，其中割缝钻孔5深度为B₀+B_D，割缝钻孔5直径为85mm，割缝钻孔5距底板2.0m；

(b)然后将常压水调为高压水(水压为40MPa～60MPa)，利用高压水射流割缝设备在第一“卸-固-让”实施区域设定位置进行割缝，第一“卸-固-让”实施区域缝槽6间距为4m，如图2～4所示；

(c)在第一“卸-固-让”实施区域割缝结束后，将钻杆、割缝器、钻头等设备从割缝钻孔中退出。

2.1.2二级加固-三级让压、吸能

二级加固-三级让压、吸能阶段所需设备包括注浆泵8、注浆软管9、封孔器10，其中封孔器10包括封孔器气囊101、封孔器注浆管102、封孔器打压管103、封孔器出浆口104、打压泵打压软管11和打压泵12。

注浆材料13是含橡胶颗粒的树脂注浆材料，也就是由胶粘剂和骨料按照7:3的质量比例混合而成，其中粘结剂为树脂材料131，优选马丽散；骨料为橡胶颗粒132，其大小为10目；

注浆压力为7～8MPa；封孔压力为10MP。

(a)首先将注浆软管9与封孔器注浆管102连接，注浆软管9另一端与注浆泵8连接，待注浆设备连接结束后，检查连接处的密封性；然后将打压泵的打压软管11与封孔器打压管103连接，打压软管11另一端与打压泵12连接，检查连接处的密封性；待各连接管路密闭性确认完好后，将封孔器10推送至第一“卸-固-让”实施区域预先设定封堵处，然后利用打压泵12通过打压软管11、封孔器打压管103将液压油注入到封孔器气囊101中，当打压泵12压力表显示10MPa时，停止打压，进而使封孔器气囊101鼓起紧贴高压水射流割缝钻孔5孔壁，如图5所示；

(b)然后将树脂材料131与橡胶颗粒132放入注浆泵8中进行搅拌，待搅拌均匀后，启动注浆泵8将含橡胶颗粒树脂注浆材料13通过注浆软管9、封孔器注浆管102、封孔器出浆口104注入割缝钻孔5第一“卸-固-让”实施区域、第一“卸-固-让”实施区域缝槽6和第一“卸-固-让”实施区域裂隙7内，当注浆泵8监测仪表达到7～8MPa，停止注浆，如图6～7所示；

(c)待注浆结束后，通过打压泵的打压软管11、封孔器打压管103将封孔器气囊101中的液压油放出，使封孔器气囊101恢复原状，抽出封孔器10。

2.2第二“卸-固-让”实施区域工艺实施

2.2.1一级卸压

(a)待第一“卸-固-让”实施区域注浆材料凝固后，利用高压水射流割缝设备采用高压水(水压为40MPa～60MPa)在第二“卸-固-让”实施区域设定位置进行割缝，第二“卸-固-让”实施区域缝槽14间距为4m，如图8～9所示；

(b)在第二“卸-固-让”实施区域割缝结束后，将钻杆、割缝器、钻头等设备从割缝钻孔中退出。

2.2.2二级加固-三级让压、吸能

(a)首先将注浆软管9与封孔器注浆管102连接，注浆软管9另一端与注浆泵8连接，待注浆设备连接结束后，检查连接处的密封性；然后将打压泵的打压软管11与封孔器打压管103连接，打压软管11另一端与打压泵12连接，检查连接处的密封性；待各连接管路密闭性确认完好后，将封孔器10推送至第二“卸-固-让”实施区域预先设定封堵处，然后利用打压泵12通过压软管11、封孔器打压管103将液压油注入到封孔器气囊101中，当打压泵12压力表显示10MPa时，停止打压，进而使封孔器气囊101鼓起紧贴高压水射流割缝钻孔5孔壁，如图10所示；

(b)然后将树脂材料131与橡胶颗粒132按7:3的质量比例放入注浆泵8中进行搅拌，待搅拌均匀后，启动注浆泵8将含橡胶颗粒树脂注浆材料13通过注浆软管9、封孔器注浆管102、封孔器出浆口104注入割缝钻孔5的第二“卸-固-让”实施区域、第二“卸-固-让”实施区域缝槽14和第二“卸-固-让”实施区域裂隙15内，当注浆泵8监测仪表达到7～8MPa，停止注浆，如图11～12所示；

(c)待注浆结束后，通过打压软管11、封孔器打压管103将封孔器气囊101中的液压油放出，使封孔器气囊101恢复原状，抽出封孔器10。

待第二“卸-固-让”实施区域注浆材料13凝固后，第一“卸-固-让”实施区域和第二“卸-固-让”实施区域中注浆材料13的橡胶颗粒132可以随采区大巷护巷煤柱1中应力的增大而被压缩，而不是全部作用在树脂材料131凝结块体上，以此达到让压、吸能的作用；注浆材料13充满割缝钻孔5、第一“卸-固-让”实施区域缝槽6、第一“卸-固-让”实施区域裂隙7、第二“卸-固-让”实施区域缝槽14和第二“卸-固-让”实施区域裂隙15，同时注浆材料13将相邻缝槽连为一体达到加固作用，如图11～12所示，增加采区大巷护巷煤柱1强度。

以上，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，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，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该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种动载深部采区煤柱失稳卸-固-让多级防治方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、卸-固-让多级防治护巷煤柱失稳实施靶区的确定

采区大巷护巷煤柱位于轨道大巷和回风大巷之间，采区大巷护巷煤柱由外至内形成破坏区、塑性区及弹性核区，其中弹性核区是高静载区域，卸-固-让防治护巷煤柱失稳实施靶区的确定，也就是确定煤柱高静载区域，确定步骤如下：

(1)现场钻孔应力计监测确定煤柱高静载区域

根据现场条件，在轨道大巷煤柱帮布置钻孔应力计监测站，监测站安设5个钻孔应力计，设采区大巷护巷煤柱宽度为B，钻孔深度分别为0.15B、0.25B、0.35B、0.45B、0.55B，待测站安装完毕后，开始记录各个钻孔应力计数值，采集时段为30天，待测站监测数据采集结束后，对数据进行分析，确定采区大巷护巷煤柱内部高静载区域宽度为B₁；

(2)数值模拟确定煤柱高静载区域

根据现场条件，建立FLAC 3D数值模型，然后根据模拟结果，确定采区大巷护巷煤柱内部高静载区域宽度为B₂；

(3)煤粉量监测确定煤柱高静载区域

在轨道大巷煤柱帮布置钻孔应力计时，对钻孔的煤粉量进行收集、分析，确定采区大巷护巷煤柱内部高静载区域宽度为B₃；

(4)基于多源信息融合的高静载区域确定方法

构建基于多源信息融合的如式(1)所示的高静载区域模型，利用该模型对现场钻孔应力计监测、数值模拟及煤粉量监测三种方法确定的煤柱高静载区域进行分析，准确获得宽度为B_D的煤柱高静载区域；

B_D＝W₁B₁+W₂B₂+W₃B₃ (1)

式中：B_D为煤柱高静载区域宽度，m；B₁为现场钻孔应力计监测方法确定的高静载区域宽度，m；B₂为数值模拟方法确定的高静载区域宽度，m；B₃为煤粉量监测方法确定的高静载区域宽度，m；W₁为现场钻孔应力计监测方法确定高静载区域权重系数；W₂是数值模拟方法确定高静载区域权重系数；W₃是煤粉量监测方法确定高静载区域权重系数；

由上述分析可知采区大巷护巷煤柱宽度为B和煤柱高静载区域宽度为B_D，通过公式(2)可获得煤柱两侧塑性区宽度B₀为:

第二步、卸-固-让多级防治护巷煤柱工艺实施

将采区大巷护巷煤柱高静载区域平均分为两部分，两部分实施区域宽度均为0.5B_D，设处在孔底的那部分为第一卸-固-让实施区域，另一部分称为第二卸-固-让实施区域；现场施工顺序：首先对第一卸-固-让实施区域进行割缝、注浆，待第一卸-固-让实施区域注浆材料凝固后，再对第二卸-固-让实施区域进行割缝、注浆；待第二卸-固-让实施区域注浆材料凝固后，第一卸-固-让实施区域和第二卸-固-让实施区域中注浆材料的橡胶颗粒随采区大巷护巷煤柱中应力的增大而被压缩，而不是全部作用在树脂材料凝结块体上，以此达到让压、吸能的作用；注浆材料充满高压水射流割缝钻孔、缝槽和裂隙，同时注浆材料将相邻缝槽连为一体达到加固作用，增加采区大巷护巷煤柱强度。

2.如权利要求1所述的动载深部采区煤柱失稳卸-固-让多级防治方法，其特征在于，所述的第二步的具体施工方法为：

2.1第一卸-固-让实施区域工艺实施

2.1.1一级卸压

(a)首先在轨道大巷煤柱帮利用高压水射流割缝设备采用常压水钻进割缝钻孔至设计深度，其中割缝钻孔深度为B₀+B_D；

(b)然后将常压水调为水压为40MPa～60MPa的高压水，利用高压水射流割缝设备在第一卸-固-让实施区域设定位置进行割缝；

(c)在第一卸-固-让实施区域割缝结束后，将钻杆、割缝器、钻头设备从割缝钻孔中退出；

2.1.2二级加固-三级让压、吸能

(a)首先将封孔器推送至第一卸-固-让实施区域设定封堵处并封孔；

(b)然后利用注浆泵将含橡胶颗粒树脂注浆材料注入高压水射流割缝钻孔第一卸-固-让实施区域部分、第一卸-固-让实施区域缝槽和第一卸-固-让实施区域裂隙内，当注浆泵监测仪表达到7～8MPa，停止注浆；

(c)待注浆结束后，将封孔器卸压，抽出封孔器；

2.2第二卸-固-让实施区域工艺实施

2.2.1一级卸压

(a)待第一卸-固-让实施区域注浆材料凝固后，利用高压水射流割缝设备采用水压为40MPa～60MPa的高压水在第二卸-固-让实施区域设定位置进行割缝；

(b)在第二卸-固-让实施区域割缝结束后，将钻杆、割缝器、钻头设备从割缝钻孔中退出；

2.2.2二级加固-三级让压、吸能

(a)首先将封孔器推送至第二卸-固-让实施区域设定封堵处并封孔；

(b)然后利用注浆泵将含橡胶颗粒树脂注浆材料注入高压水射流割缝钻孔第二卸-固-让实施区域部分、第二卸-固-让实施区域缝槽和第二卸-固-让实施区域裂隙内，当注浆泵监测仪表达到7～8MPa，停止注浆；

(c)待注浆结束后，将封孔器卸压，抽出封孔器。

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