CN112324499A - 一种阻隔扰动应力波防治冲击地压的方法 - Google Patents
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Abstract
一种阻隔扰动应力波防治冲击地压的方法，属于煤矿冲击地压防治领域。本发明是为了目前并没有一种避免/减少扰动应力波引起冲击地压的方法问题。本发明所述方法首先针对正在开采的采煤工作面的接续工作面的掘进巷道要与工作面之间留保护煤柱；然后在掘进巷道靠近采煤工作面一侧对应的保护煤柱内布置应力波阻隔槽，由应力波阻隔槽布置形成的阻隔面来防治冲击地压。应力波阻隔槽根据阻隔能力强弱可以分为两类，分别针对弱冲击煤层和强冲击煤层进行布置。本发明主要用于采煤过冲中的冲击地压防治。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过阻隔扰动应力波来防治冲击地压的方法，属于煤矿冲击地压防治领域。
背景技术
煤炭资源在我国一次能源消费中，依然处于主导地位。随着开采活动的进行，众多老牌煤矿企业已经进入深部开采阶段，开采深度的增加将带来地应力的不断增加，与之而来的冲击地压灾害成为制约煤矿安全高效开采的重要因素。冲击地压的本质是煤岩体在高地应力作用下，突然失稳释放能量的过程。冲击地压发生的因素除较高的地应力以外，开采扰动影响也是冲击地压发生的重要因素，扰动应力将会破坏煤体原有的稳定性，造成煤岩体失稳，继而发生冲击地压。
采煤工作面开采过程中的扰动因素众多，包括采煤机割煤、液压支架移架以及接续工作面的掘进工作，其中扰动影响最为强烈的为接续工作面的掘进工作。掘进工作面通常采用综掘机进行掘进，而掘进机工作原理则是利用截割钻头旋转切割煤壁，这一过程中将会形成较强的应力波沿煤体传递到采煤工作面，继而破坏采煤工作面煤体的稳定性，引发冲击地压。但是目前并没有一种避免/减少上述情况引起治冲击地压的方法。
发明内容
本发明是为了目前并没有一种避免/减少扰动应力波引起冲击地压的方法问题。
一种阻隔扰动应力波防治冲击地压的方法，包括以下步骤：
对于正在开采的采煤工作面，其接续工作面的掘进巷道要与工作面之间留保护煤柱；
然后在掘进巷道靠近采煤工作面一侧对应的保护煤柱内布置应力波阻隔槽，应力波阻隔槽布置方式如下：
当接续工作面的掘进巷道揭煤后，应力波阻隔槽布置时，首先布置水平槽，水平槽布置在掘进巷道帮的中间，方向为与掘进巷道底板平行的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上1槽，上1槽布置在巷帮与巷道顶板相交处，方向为与掘进巷道顶板成60°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下2槽，下2槽布置在巷帮与巷道底板相交处，方向为与掘进巷道底板成60°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上2槽，上2槽布置在水平槽与上1槽中间的位置，方向为与掘进巷道顶板成30°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下1槽，下1槽布置在水平槽与下2槽中间位置，方向为与掘进巷道底板成30°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；以掘进巷道揭煤处为起点，每隔L的距离按上述顺序依次布置应力波阻隔槽；
当掘进工作面平行于回采工作面时，应力波阻隔槽布置时，首先布置水平槽，水平槽布置在掘进巷道帮的中间，方向为与掘进巷道底板平行的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上1槽，上1槽布置在巷帮与巷道顶板相交处，方向为与掘进巷道顶板成69°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下3槽，下3槽布置在巷帮与巷道底板相交处，方向为与掘进巷道底板成69°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上3槽，上3槽布置在水平槽与上1槽之间靠近水平槽的1/3处位置，方向为与掘进巷道顶板成23°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下1槽，下1槽布置在水平槽与下3槽之间靠近水平槽的1/3处位置，方向为与掘进巷道底板成23°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上2槽，上2槽布置在水平槽与上1槽之间靠近水平槽的2/3处位置，方向为与掘进巷道顶板成46°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；最后布置下2槽，下2槽布置在水平槽与下3槽之间靠近水平槽的2/3处位置，方向为与掘进巷道底板成46°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角。
进一步地，接续工作面的掘进巷道要与工作面之间留保护煤柱的长度为40m，即接续工作面的掘进巷道要与工作面之间留设40m的保护煤柱。
进一步地，每隔L的距离按上述顺序依次布置应力波阻隔槽中所述的L为8-17m。
进一步地，每隔L的距离按上述顺序依次布置应力波阻隔槽中所述的L为17m。
进一步地，应力波阻隔槽包括两种型号，分别记为Ⅰ类应力波阻隔槽和Ⅱ类应力波阻隔槽，Ⅰ类应力波阻隔槽直径100mm、长度20m，Ⅱ类应力波阻隔槽直径150mm、长度20m。
进一步地，Ⅰ类应力波阻隔槽和Ⅱ类应力波阻隔槽按照以下情况进行区分设置：
在揭煤后对掘进巷道的煤层进行取样，并运送至实验室对煤样的冲击程度进行测定，测定过程按照国家标准GBT 25217.2-2010中的规定进行，并根据GBT 25217.2-2010将冲击程度分为弱冲击煤层和强冲击煤层；
弱冲击煤层布置Ⅰ类应力波阻隔槽，强冲击煤层布置Ⅱ类应力波阻隔槽。
有益效果：
本发明研究了采煤不同阶段中的应力分布情况和不同阶段的设备在应力波方面的影响，分别针对接续工作面的掘进巷道揭煤后和当掘进工作面平行于回采工作面的情况进行了应力波阻隔槽，并有针对性的调整了应力波阻隔槽的设置方式，可以有效阻隔扰动应力的影响，避免引发冲击地压，进而保证了采煤工作的安全进行。
附图说明
图1为掘进巷道应力波阻隔槽布置俯视图；
图2为接续工作面的掘进巷道揭煤后对应的应力波阻隔槽布置俯视图中的A-A视图；
图3为接续工作面的掘进巷道揭煤后对应的应力波阻隔槽布置俯视图中的B-B视图；
图4为应力波阻隔槽图；
图5为掘进工作面平行于回采工作面时对应的应力波阻隔槽布置俯视图中的A-A视图；
图6为掘进工作面平行于回采工作面时对应的应力波阻隔槽布置俯视图中的B-B视图。
图中：1-采煤工作面，2-采空区，3-扰动应力波阻隔煤柱，4-扰动应力波阻隔槽，5-掘进工作面，6-接续工作面，7-煤层底板，8-煤层及其顶板。
具体实施方式
具体实施方式一：
本实施方式所述的一种阻隔扰动应力波防治冲击地压的方法，包括以下步骤：
S1、在回采工作面与接续工作面的掘进巷道间留设40m的保护煤柱(图1中对应40m的标注区域)，该保护煤柱不但具有维护回采工作面和掘进巷道围岩稳定的作用，同时也可以一定程度起到阻隔相邻掘进工作面扰动应力波的作用。掘进工作面揭煤位置应在回采工作面后方30m处，以防止揭煤的扰动诱发回采工作面发生冲击地压。
S2、揭煤后应对掘进巷道的煤层进行取样，并运送至实验室依据国家标准GBT25217.2-2010中的规定对煤样的冲击程度进行测定，根据测定指标将冲击程度分为弱冲击煤层和强冲击煤层。
根据冲击程度测定结果对应的弱冲击煤层布置Ⅰ类应力波阻隔槽，强冲击煤层布置Ⅱ类应力波阻隔槽，Ⅰ类、Ⅱ类应力波阻隔槽结构如图4所示。其中，Ⅰ类应力波阻隔槽直径100mm、长度20m，Ⅱ类应力波阻隔槽直径150mm、长度20m。
实际上本发明经过对采煤过程和采煤巷道的应力进行研究和测试发现，应力波阻隔槽尺寸过小不能起到很好的阻隔作用，但是应力波阻隔槽的大小并不能任意设置，由于应力波阻隔槽虽然本身能够对应力起到一定的阻隔作用，但是其尺寸越大也相当于改变了波阻隔槽所在局部区域的结构，也改变了应力传导方向和分布规律，所以应力波阻隔槽过大可能会导致设置应力波阻隔槽的局部区域发生阻隔面的裂缝，甚至发生裂缝在煤体等内部的传导，存在非常大的安全隐患，也不能很好的起到应力波阻隔的作用。
经过对煤炭的微观结构和应力应变的研究发现，本发明的Ⅰ类、Ⅱ类应力波阻隔槽结构的阻隔效果非常好，且能够很好的保护局部区域的内部结构和应力分布，减少安全隐患。并且经过对应力波的传导规律研究发现，在保证上述应力波阻隔槽尺寸的前提下，需要对应力波阻隔槽的布置方式上进行有效的设计，才能够更好的发挥应力波阻隔槽的作用，保证应力波阻隔的效果。
应力波阻隔槽布置方式如图1、图2、图3所示，当接续工作面的掘进巷道揭煤后，在掘进巷道内利用钻机在保护煤柱内布置应力波阻隔槽，为避免钻机的扰动影响各应力波阻隔槽应逐一布置，不可同时布置。应力波阻隔槽布置时，首先布置水平槽，水平槽布置在掘进巷道帮的中间，方向为与掘进巷道底板平行(竖直方向上)的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角(水平方向上)；然后布置上1槽，上1槽布置在巷帮与巷道顶板相交处，方向为与掘进巷道顶板成60°夹角(竖直方向上，图1中所示的夹角)的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下2槽，下2槽布置在巷帮与巷道底板相交处，方向为与掘进巷道底板成60°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上2槽，上2槽布置在水平槽与上1槽中间的位置，方向为与掘进巷道顶板成30°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下1槽，下1槽布置在水平槽与下2槽中间位置，方向为与掘进巷道底板成30°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角。以掘进巷道揭煤处为起点，每隔17m按上述顺序依次布置应力波阻隔槽，待应力波阻隔槽全部布置完成后，方可进行掘进工作。
这里每隔17米布置的应力波阻隔槽是指一系列应力波阻隔槽，由这些槽布置形成的阻隔面。17米是根据钻孔左摆角度利用勾股定理计算出的，确保在巷道整个前进方向都可以受到阻隔断面的弱化扰动应力波作用。所述应力波阻隔槽布置间距不局限与17m，当工作面出现顶板大块矸石冒落，超前支护压力明显增加时，可适当缩短阻隔槽布置间距至8m。
所述揭煤是指：由于井下巷道掘进开始点是在岩石中，当到达煤层时也就意味着达到目标地点，当掘进头由岩石转变为煤层的一瞬间，称为揭煤，也就是揭开煤层。揭煤点如图1中的M1所示。
上述设置方式是为了适应揭煤后工作面煤层的应力分布规律，能够保证在揭煤后使应力沿着应力波阻隔槽得到一定程度上的均匀释放，调整应力的分布，最为重要的是能够均匀有效地保证应力波阻隔槽阻隔扰动应力波，减少扰动应力波的影响，从而实现揭煤后冲击地压的防治。
当掘进工作面平行于回采工作面时，此时扰动应力波对回采工作面的影响最为强烈，应增加应力波阻隔槽的布置数量如图5、图6所示。应力波阻隔槽布置时，首先布置水平槽，水平槽布置在掘进巷道帮的中间，方向为与掘进巷道底板平行的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上1槽，上1槽布置在巷帮与巷道顶板相交处，方向为与掘进巷道顶板成69°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下3槽，下3槽布置在巷帮与巷道底板相交处，方向为与掘进巷道底板成69°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上3槽，上3槽布置在水平槽与上1槽之间靠近水平槽的1/3处位置，方向为与掘进巷道顶板成23°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下1槽，下1槽布置在水平槽与下3槽之间靠近水平槽的1/3处位置，方向为与掘进巷道底板成23°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上2槽，上2槽布置在水平槽与上1槽之间靠近水平槽的2/3处位置，方向为与掘进巷道顶板成46°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；最后布置下2槽，下2槽布置在水平槽与下3槽之间靠近水平槽的2/3处位置，方向为与掘进巷道底板成46°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角。
由于掘进工作面平行于回采工作面时的扰动应力波对回采工作面的影响最为强烈，为了适应掘进工作面应力分布规律，在此过程中需要增加应力波阻隔槽的数量，并调整应力波阻隔槽的方向，不仅能够使应力沿着应力波阻隔槽得到一定程度上的均匀释放，并调整应力的分布以适应掘进工作，而且能够均匀有效地保证应力波阻隔槽阻隔扰动应力波，减少扰动应力波的影响，从而实现掘进工作中冲击地压的防治，保证了掘进工作的安全开展。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种阻隔扰动应力波防治冲击地压的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对于正在开采的采煤工作面，其接续工作面的掘进巷道要与工作面之间留保护煤柱；
然后在掘进巷道靠近采煤工作面一侧对应的保护煤柱内布置应力波阻隔槽，应力波阻隔槽布置方式如下：
当接续工作面的掘进巷道揭煤后，应力波阻隔槽布置时，首先布置水平槽，水平槽布置在掘进巷道帮的中间，方向为与掘进巷道底板平行的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上1槽，上1槽布置在巷帮与巷道顶板相交处，方向为与掘进巷道顶板成60°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下2槽，下2槽布置在巷帮与巷道底板相交处，方向为与掘进巷道底板成60°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上2槽，上2槽布置在水平槽与上1槽中间的位置，方向为与掘进巷道顶板成30°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下1槽，下1槽布置在水平槽与下2槽中间位置，方向为与掘进巷道底板成30°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；以掘进巷道揭煤处为起点，每隔L的距离按上述顺序依次布置应力波阻隔槽；
当掘进工作面平行于回采工作面时，应力波阻隔槽布置时，首先布置水平槽，水平槽布置在掘进巷道帮的中间，方向为与掘进巷道底板平行的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上1槽，上1槽布置在巷帮与巷道顶板相交处，方向为与掘进巷道顶板成69°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下3槽，下3槽布置在巷帮与巷道底板相交处，方向为与掘进巷道底板成69°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上3槽，上3槽布置在水平槽与上1槽之间靠近水平槽的1/3处位置，方向为与掘进巷道顶板成23°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置下1槽，下1槽布置在水平槽与下3槽之间靠近水平槽的1/3处位置，方向为与掘进巷道底板成23°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；然后布置上2槽，上2槽布置在水平槽与上1槽之间靠近水平槽的2/3处位置，方向为与掘进巷道顶板成46°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角；最后布置下2槽，下2槽布置在水平槽与下3槽之间靠近水平槽的2/3处位置，方向为与掘进巷道底板成46°夹角的同时，与掘进巷道前进方向成30°夹角。
2.根据权利要求1所述的一种阻隔扰动应力波防治冲击地压的方法，其特征在于，所述接续工作面的掘进巷道要与工作面之间留保护煤柱的长度为40m，即接续工作面的掘进巷道要与工作面之间留设40m的保护煤柱。
3.根据权利要求2所述的一种阻隔扰动应力波防治冲击地压的方法，其特征在于，每隔L的距离按上述顺序依次布置应力波阻隔槽中所述的L为8-17m。
4.根据权利要求3所述的一种阻隔扰动应力波防治冲击地压的方法，其特征在于，每隔L的距离按上述顺序依次布置应力波阻隔槽中所述的L为17m。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种阻隔扰动应力波防治冲击地压的方法，其特征在于，所述应力波阻隔槽包括两种型号，分别记为Ⅰ类应力波阻隔槽和Ⅱ类应力波阻隔槽，Ⅰ类应力波阻隔槽直径100mm、长度20m，Ⅱ类应力波阻隔槽直径150mm、长度20m。
6.根据权利要求5所述的一种阻隔扰动应力波防治冲击地压的方法，其特征在于，Ⅰ类应力波阻隔槽和Ⅱ类应力波阻隔槽按照以下情况进行区分设置：
在揭煤后对掘进巷道的煤层进行取样，并运送至实验室对煤样的冲击程度进行测定，测定过程按照国家标准GBT 25217.2-2010中的规定进行，并根据GBT 25217.2-2010将冲击程度分为弱冲击煤层和强冲击煤层；
弱冲击煤层布置Ⅰ类应力波阻隔槽，强冲击煤层布置Ⅱ类应力波阻隔槽。
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| CN113216968A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-08-06 | 江苏徐矿能源股份有限公司张双楼煤矿 | 煤层合并区卸压防冲方法 |
| CN116026698A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-04-28 | 平顶山天安煤业股份有限公司 | 扰动应力下煤层采空区顶板垮塌的试验方法 |
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20210205 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |