CN111946395B - 一种防止漏风和导通采空区积水的卸压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例一种防止漏风和导通采空区积水的卸压方法，涉及煤矿冲击地压防治领域，包括：掌握第一工作面沿空巷道的区段宽煤柱宽度，依据现有监测数据和理论计算公式确定宽煤柱采空区侧的塑性区宽度；根据所述区段宽煤柱宽度及所述塑性区宽度确定出宽煤柱大直径钻孔深度；确定出钻孔倾角；按照确定的钻孔起始位置、终止位置及钻孔倾角钻孔，使所述钻孔延伸至高于采空区内的巷道高度的煤层中；在钻孔完成后，立即对孔口段进行封孔；利用所述钻孔对沿空巷道及煤柱区域卸压。通过调整钻孔位置，在进行卸压时避免了钻设的卸压孔成为连通采空区和沿空巷道的通道，可以在防治冲击地压的同时，防止发生漏风和导通老空水的地质灾害。
Description
技术领域
本发明属于煤矿冲击地压防治领域，特别是涉及冲击地压矿井中一种沿空及煤柱区防止漏风和导通老空水的卸压方法。
背景技术
对于冲击地压矿井，沿空巷道及留设煤柱的区域往往是冲击危险程度最高的区域，在冲击危险区域采取大直径钻孔卸压已成为防治冲击地压最为普遍的方法之一。大直径钻孔卸压方法的原理是钻孔孔壁煤体达到极限强度后发生破坏，钻孔附近区域煤体力学特性发生弱化，降低了煤层的脆性和煤层存储弹性能的能力。由于部分冲击地压煤层还具有水害、自然发火等问题，而在沿空巷道施工的大直径钻孔则有可能导通老空区，造成巷道涌水、煤层自燃等事故，酿成新的灾害。当前在冲击地压防治中，尤其是各项卸压措施的实施过程中，并未考虑对其他灾害的影响，甚至还出现过由钻孔卸压导致采空区漏风引起煤层自燃的事故发生。《防冲煤矿冲击地压细则》第四十条规定，具有冲击地压危险的复杂水文地质、容易自燃煤层的矿井，应当根据本矿井条件，在防治水、煤层自然发火时综合考虑防治冲击地压。因此，对于具有复合灾害的冲击地压煤层，在沿空巷道及留设煤柱区域进行卸压时，必须找到一种能够防止漏风和导通老空水的冲击地压防治方法。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种防治漏风和导通采空区积水的卸压方法，可以在防治冲击地压的同时，防止发生漏风和导通老空水的地质灾害，从而能够较好地适用于防治沿空及留设煤柱区域存在的漏风和导通老空水等具有复合地质灾害的冲击地压。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明实施例提供一种防治漏风和导通采空区积水的卸压方法，包括步骤：
根据设计资料掌握第一工作面沿空巷道的区段宽煤柱宽度，依据现有监测数据和理论计算公式确定宽煤柱采空区侧的塑性区宽度；
根据所述区段宽煤柱宽度及所述塑性区宽度确定出宽煤柱大直径钻孔深度；
根据勘探的积水位置确定在宽煤柱上钻孔的起始位置及终止位置；
根据所述起始位置及终止位置确定出钻孔倾角；
按照确定的钻孔起始位置、终止位置及钻孔倾角钻孔，使所述钻孔延伸至高于采空区内的巷道高度的煤层中；
在钻孔完成后，立即对孔口段进行封孔；
利用所述钻孔对沿空巷道及煤柱区域卸压。
可选地，所述钻孔的终止位置的水平投影应不进入宽煤柱采空区侧的塑性区。
可选地，根据勘探的积水位置确定在宽煤柱上钻孔的起始位置及终止位置包括：若勘探确定采空区内存在积水，则将钻孔终止位置定于高于采空区内的巷道高度，且不超过煤层厚度的位置。
可选地，所述封孔长度不低于沿空巷道内的锚杆支护长度、且不超过5m。
可选地，所述方法还包括：对第一工作面巷道临近的第二工作面的下区段巷道为小煤柱沿空掘巷道进行钻孔卸压。
可选地，所述对第一工作面沿空巷道临近的第二工作面的下区段巷道为小煤柱沿空掘巷道进行钻孔卸压包括：
在对第二工作面进行钻孔卸压施工前，获取下区段巷道计划掘进的位置和断面尺寸，确定留设的小煤柱尺寸；
确定第二工作面巷道帮部钻孔起始位置高度，当勘探得出工作面采空后存在积水时，确定帮部钻孔起始位置高度应高于预估的积水高度，且不超过巷道高度；
确定本工作面巷道帮部钻孔的钻孔倾角；
根据所述钻孔起始位置及钻孔倾角实施完成钻孔；
钻孔完成后对孔口段进行封孔，以对小煤柱及下区段拟掘进巷道卸压。
可选地，所述对孔口段进行封孔包括：采用外堵内注式封孔方式对所述钻孔进行封孔，孔口1m范围采用聚氨酯胶混合棉纱进行封孔，其余部分采用水泥砂浆封孔。
本发明实施例提供的防治漏风和导通采空区积水的卸压方法，通过调整卸压用钻孔的开孔位置和终孔位置(即钻孔的起始位置及终止位置)，使所述钻孔延伸至高于采空区内的巷道高度的煤层中，并对孔口段进行封孔，避免了钻设的卸压孔成为连通采空区和沿空巷道的通道，从而可以降低采空区内积水、有害气体等向沿空巷道涌出及向采空区漏风的危险，实现了在防治冲击地压的同时，防止发生漏风和导通老空水的地质灾害技术目的，进而能够较好地适用于防治沿空及留设煤柱区域存在的漏风和导通老空水等具有复合地质灾害的冲击地压。
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为本发明一实施例防治漏风和导通采空区积水的卸压方法流程示意图；
图2为第一工作面留设宽煤柱沿空巷道的帮部大直径钻孔卸压布设结构示意图。
图3为第二工作面下区段巷道拟采用小煤柱掘巷的帮部大直径钻孔卸压布设结构示意图；
图4是图2中钻孔倾角范围的一实施例确定原理示意图；
图5是图2中钻孔倾角范围及封孔长度的一实施例确定原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例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。
本发明实施例提供的防止漏风和导通采空区积水的卸压方法，针对于具有复合灾害的冲击地压煤层区域卸压时可能出现的引发其它灾害的情况提出的，可以有效防治煤层区域中的冲击地压，并可防止诱发其他类型的地质灾害。例如，一种情况为已经临近采空区且留设了宽煤柱的沿空巷道，另一种情况为未临近采空区，但已确定下区段巷道为小煤柱沿空掘巷道的布置方式，这两种情况在进行钻孔卸压时，若钻设的卸压孔位置不合适，有可能导通老空区，造成巷道涌水、煤层自燃等事故，酿成新的灾害，甚至还出现过由卸压孔位置不合理导致采空区漏风引起有害气体泄漏等事故发生。
参看图1至图3所示，本发明实施例提供的防止漏风和导通采空区积水的卸压方法，包括步骤：
S110、根据设计资料掌握第一工作面沿空巷道的区段宽煤柱宽度，依据现有监测数据和理论计算公式确定宽煤柱采空区侧的塑性区宽度。
其中，确定塑性区宽度的理论计算公式及所需的监测数据参数为现有技术，就不再赘述。
S120、根据所述区段宽煤柱宽度及所述塑性区宽度确定出宽煤柱大直径钻孔深度；其中，这里的大直径钻孔一般是指钻孔孔径在90mm以上。
具体地，根据公式钻孔深度L＝(宽煤柱宽度-塑性区宽度)/cosα，其中，α为钻孔倾角，该参数在钻孔设计时可以确定出，在钻孔时直接利用该钻孔参数进行钻孔即可。
S130、根据勘探的积水位置确定在宽煤柱上钻孔的起始位置及终止位置；
本实施例中，对于采空区内存在积水的情况，终孔位置应高于采空区内的巷道高度，且不超过煤层厚度。
具体地，根据勘探的积水位置确定在宽煤柱上钻孔的起始位置及终止位置包括：若勘探确定采空区内存在积水，则将钻孔终止位置定于高于采空区内的巷道高度，且不超过煤层厚度的位置。
在该实施例中，参看图4所示，钻孔投影长度L＝D-X1，单位m，tanα1＝(h-h0)/L，故最小角度α1＝arctan((h-h0)/L)。根据该公式可以计算得出最小钻孔给倾角。
继续参看图4，根据公式tanα2＝(M-h0)/L，可以确定最大角度α2＝arctan((M-h0)/L)。其中，h为巷道高度，h0为为相对于巷道底板的钻孔初始位置高度(即图4中的开孔高度)，M为煤层厚度。
S140、根据所述起始位置及终止位置确定出钻孔倾角；
若采空区内存在积水，则根据所述起始位置及终止位置确定出钻孔倾角。若不存在积水，按照钻孔施工倾角3～5°进行施工。
S150、按照确定的钻孔起始位置、终止位置及钻孔倾角钻孔，使所述钻孔延伸至高于采空区内的巷道高度的煤层中。
具体地，所述钻孔的终止位置的水平投影应不进入宽煤柱采空区侧的塑性区。
S160、在钻孔完成后，立即对孔口段进行封孔；
所述封孔长度不低于沿空巷道内的锚杆支护长度、且不超过5m，封孔材料可以采用黄土、水泥或其他材料均可。
S170、利用所述钻孔对沿空巷道及煤柱区域卸压。
本实施例中，所述钻孔作为卸压孔，通过合理确定其位置，可以避免成为连通采空区和沿空巷道的通道，不仅可以满足冲击地压危险区域的卸压要求，还可以防止漏风及导通老空水，从而降低采空区内积水、有害气体等向沿空巷道涌出的危险。
本发明实施例提供的防治漏风和导通采空区积水的卸压方法，通过调整卸压用钻孔的开孔位置和终孔位置(即钻孔的起始位置及终止位置)，使所述钻孔延伸至高于采空区内的巷道高度的煤层中，并对孔口段进行封孔，避免了钻设的卸压孔成为连通采空区和沿空巷道的通道，从而可以降低采空区内积水、有害气体等向沿空巷道涌出及向采空区漏风的危险，实现了在防治冲击地压的同时，防止发生漏风和导通老空水的地质灾害技术目的，进而能够较好地适用于防治沿空及留设煤柱区域存在的漏风和导通老空水等具有复合地质灾害的冲击地压。
参看图3所示，针对下区段拟采用小煤柱掘巷的帮部大直径钻孔卸压方案中，在另一些适用的实施例中，所述方法还包括：对第一工作面巷道临近的第二工作面的下区段巷道为小煤柱沿空掘巷道进行钻孔卸压。
可以理解的是，第二工作面与第一工作面也可以是相互独立，不存在相邻关系的工作面。
所述对第一工作面沿空巷道临近的第二工作面的下区段巷道为小煤柱沿空掘巷道进行钻孔卸压包括：
在对第二工作面进行钻孔卸压施工前，获取下区段巷道计划掘进的位置和断面尺寸，确定留设的小煤柱尺寸；
具体地，可以通过设计资料或勘探测量资料获取掌握下区段巷道计划掘进的位置和断面尺寸，并根据下区段巷道计划掘进的位置和断面尺寸，确定出留设的小煤柱尺寸。
确定第二工作面巷道帮部钻孔起始位置高度，当勘探得出工作面采空后存在积水时，确定帮部钻孔起始位置高度应高于预估的积水高度，且不超过巷道高度；
确定本工作面巷道帮部钻孔的钻孔倾角；对于本工作面采空区预测存在积水时，钻孔在穿过下区段巷道位置时，尽量高于巷道高度，且不超过煤层厚度；参看图5所示，具体地，L----钻孔投影长度，其值由常规卸压要求确定，一般都超过小煤柱宽度，单位m；根据公式tanα1＝(h-h0)/D，故最小角度α1＝arctan((h-h0)/D)；
根据公式tanα2＝(M-h0)/L，确定最大角度α2＝arctan((M-h0)/L)；其中，D小煤柱宽度，h0为相对于巷道底板的钻孔起始位置高度。
α钻孔倾角无积水时，钻孔施工倾角按3～5°进行施工，因此，在一些实施例中，根据采空区是否存在积水及积水的位置确定钻孔倾角。
根据所述钻孔起始位置及钻孔倾角实施完成钻孔；钻孔完成后对孔口段进行封孔，以对小煤柱及下区段拟掘进巷道卸压。
具体地，所述对孔口段进行封孔包括：采用外堵内注式封孔方式对所述钻孔进行封孔，孔口1m范围采用聚氨酯胶(俗称马丽散)混合棉纱进行封孔，其余部分采用水泥砂浆封孔。
具体地，根据公式封孔段L0＝D/cos，计算得出封孔段长度，D的物理意义于前所述一致。
其中，通过对钻孔位置的调整及孔口位置封孔，既不影响卸压钻孔对应力峰值区的卸压效果，又能实现对孔口裂隙区的封堵，避免导通老空水和向采空区漏风，从而可以在防治冲击地压的同时，防止发生漏风和导通老空水的地质灾害。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。另外，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系排要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确排出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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 (6)
1.一种防止漏风和导通采空区积水的卸压方法，其特征在于，包括步骤：
根据设计资料掌握第一工作面沿空巷道的区段宽煤柱宽度，依据现有监测数据和理论计算公式确定宽煤柱采空区侧的塑性区宽度；
根据所述区段宽煤柱宽度及所述塑性区宽度确定出宽煤柱大直径钻孔深度；其中，根据公式钻孔深度L＝(宽煤柱宽度-塑性区宽度)/cosα确定，其中，α为钻孔倾角；
根据勘探的积水位置确定在宽煤柱上钻孔的起始位置及终止位置；
根据所述起始位置及终止位置确定出钻孔倾角；
按照确定的钻孔起始位置、终止位置及钻孔倾角钻孔，使所述钻孔延伸至高于采空区内的巷道高度的煤层中；
在钻孔完成后，立即对孔口段进行封孔；
利用所述钻孔对沿空巷道及煤柱区域卸压；
根据勘探的积水位置确定在宽煤柱上钻孔的起始位置及终止位置包括：若勘探确定采空区内存在积水，则将钻孔终止位置定于高于采空区内的巷道高度，且不超过煤层厚度的位置；
若不存在积水，按照钻孔施工倾角3～5°进行施工。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻孔的终止位置的水平投影应不进入宽煤柱采空区侧的塑性区。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述封孔长度不低于沿空巷道内的锚杆支护长度、且不超过5m。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对第一工作面巷道临近的第二工作面的下区段巷道为小煤柱沿空掘巷道进行钻孔卸压。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对第一工作面沿空巷道临近的第二工作面的下区段巷道为小煤柱沿空掘巷道进行钻孔卸压包括：
在对第二工作面进行钻孔卸压施工前，获取下区段巷道计划掘进的位置和断面尺寸，确定留设的小煤柱尺寸；
确定第二工作面巷道帮部钻孔起始位置高度，当勘探得出工作面采空后存在积水时，确定帮部钻孔起始位置高度应高于预估的积水高度，且不超过巷道高度；
确定本工作面巷道帮部钻孔的钻孔倾角；
根据所述钻孔起始位置及钻孔倾角实施完成钻孔；
钻孔完成后对孔口段进行封孔，以对小煤柱及下区段拟掘进巷道卸压。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对孔口段进行封孔包括：采用外堵内注式封孔方式对所述钻孔进行封孔，孔口1m范围采用聚氨酯胶混合棉纱进行封孔，其余部分采用水泥砂浆封孔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Qin Zihan Inventor after: Zhang Shuancai Inventor after: Chen Cunqiang Inventor after: Feng Meihua Inventor after: Zhang Manguo Inventor after: Li Fuhong Inventor after: Xia Yongxue Inventor after: Zhang Yong Inventor before: Qin Zihan Inventor before: Zhang Shuancai Inventor before: Chen Cunqiang Inventor before: Feng Meihua Inventor before: Zhang Manguo Inventor before: Li Fuhong Inventor before: Xia Yongxue Inventor before: Zhang Yong |
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| GR01 | Patent grant | ||
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