CN112431596A - 冲击地压巷道三级防控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种冲击地压巷道三级防控方法，包括：在巷道开挖前，对巷道上方的厚坚硬岩层进行预弱化处理；在巷道掘进时，进行预应力支护、卸压和加固；在工作面回采前，对超前支承压力进行应力转移，在巷道周围设置复合吸能防护结构；可通过对巷道围岩远、近场进行卸压，从动、静载荷角度降低巷道冲击能量和所受应力；主动支护，结合围岩结构重塑技术，提高巷道围岩自承载和抗冲击能力；利用复合吸能防护结构，提高巷道空间内能量耗散能力，最终实现冲击能量和巷道耗散能量的平衡。本发明通过协调“卸压”、“支护”和“防护”三者的时空关系，使冲击地压巷道能量耗散过程由不稳定、无序、不可控的耗散状态转变为稳定、有序、可控的耗散状态。

Description

冲击地压巷道三级防控方法
技术领域
本发明涉及巷道施工方法技术领域，尤其涉及一种冲击地压巷道三级防控方法。
背景技术
冲击地压(冲击矿压)是指煤矿开采空间内煤岩体由于弹性能的瞬时释放出现的一种突然剧烈破坏的动力现象，煤岩体破坏过程中伴有震动、巨响及气浪等特征，具有很强的破坏性，是影响深部矿井安全的重大灾害之一。
采用应力控制和防冲支护是实现冲击地压巷道围岩控制的两种关键技术手段，国内外学者在上述方面开展了大量的工作，但缺乏对卸压、支护及防护三种防控手段的相互作用机制及协同防控技术方面的研究。目前冲击地压巷道主要采用普通锚杆、U型钢、O型棚等支护方法，这些支护方法在冲击地压作用下极易发生整体失稳破坏，不能有效控制冲击地压巷道的变形破坏。
发明内容
本发明提供一种冲击地压巷道三级防控方法，用以解决现有技术中缺乏对卸压、支护及防护三种防控手段的相互作用机制及协同防控技术方面的研究导致的防控效果差的缺陷。
本发明提供一种冲击地压巷道三级防控方法，包括：
在巷道开挖前，对巷道上方的厚坚硬岩层进行预弱化处理；
在巷道掘进时，进行预应力支护、卸压和加固；
在工作面回采前，对超前支承压力进行应力转移，在所述巷道周围设置复合吸能防护结构。
其中，所述在巷道开挖前，对巷道上方的厚坚硬岩层进行预弱化处理，具体包括：在巷道开挖前，采用长钻孔区域分段水力压裂技术对巷道上方的厚坚硬岩层进行预弱化处理。
其中，所述在巷道掘进时，进行预应力支护、卸压和加固，具体包括：在巷道掘进时，利用锚杆和/或锚索进行预应力支护，套管钻进卸压和注浆加固。
其中，所述在工作面回采前，对超前支承压力进行应力转移，具体包括：在工作面回采前，利用中、短钻孔局部水力压裂技术对超前支承压力进行应力转移。
其中，所述在所述巷道周围设置复合吸能防护结构，具体包括：在巷道内设置防护支架和在所述防护支架和巷道围岩之间填充缓冲吸能垫层。
其中，还包括：在所述防护支架顶梁设置有防冲吸能材料。
其中，还包括：在所述防护支架的顶梁和底梁分别安装铰接式三角防冲装置。
其中，所述防护支架由倒“八”字型立柱构成框架结构。
本发明提供的一种冲击地压巷道三级防控方法，可通过对巷道围岩远、近场进行卸压，从动、静载荷角度降低巷道冲击能量和所受应力；主动支护，结合围岩结构重塑技术，提高巷道围岩自承载和抗冲击能力；利用复合吸能防护结构，提高巷道空间内能量耗散能力，最终实现冲击能量和巷道耗散能量的平衡。本发明通过协调“卸压”、“支护”和“防护”三者的时空关系，使冲击地压巷道能量耗散过程由不稳定、无序、不可控的耗散状态转变为稳定、有序、可控的耗散状态。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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是采用本发明提供的冲击地压巷道三级防控方法的示意图。
附图标记：
1：长孔水力压裂； 2：中、短孔水力压裂； 3：预应力锚网索支护；
4：防冲吸能材料； 5：缓冲吸能垫层； 6：套管卸压钻孔；
7：防护支架。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明的一种冲击地压巷道三级防控方法，包括：
在巷道开挖前，对巷道上方的厚坚硬岩层(煤层上方30-80米的上位坚硬顶板)进行预弱化处理；
在巷道掘进时，进行预应力支护、卸压和加固；
在工作面回采前，对超前支承压力进行应力转移，在巷道周围设置复合吸能防护结构。
本发明提供的一种冲击地压巷道三级防控方法，可通过对巷道围岩远、近场进行卸压，从动、静载荷角度降低巷道冲击能量和所受应力；主动支护，结合围岩结构重塑技术，提高巷道围岩自承载和抗冲击能力；利用复合吸能防护结构，提高巷道空间内能量耗散能力，最终实现冲击能量和巷道耗散能量的平衡。本发明通过协调“卸压”、“支护”和“防护”三者的时空关系，使冲击地压巷道能量耗散过程由不稳定、无序、不可控的耗散状态转变为稳定、有序、可控的耗散状态。
在其中一个实施例中，在巷道开挖前，对巷道上方的厚坚硬岩层进行预弱化处理，具体包括：在巷道开挖前，采用长钻孔区域分段水力压裂技术对巷道上方的厚坚硬岩层进行预弱化处理，降低厚坚硬岩层的完整性和所积聚弹性能的释放强度。采用长钻孔或地面钻孔的方式进行区域分段水力压裂技术，工作压力达70MPa，压裂液流量为0.6～1.5m3/min，单孔压裂半径大于40m，可实施区域压裂，可处理煤层上方30～80m的上位坚硬顶板，改变上覆岩层垮落特征，减少坚硬岩层破断的能量释放，同时也可减小厚层坚硬岩层回转的影响范围及传递的应力。
在其中一个实施例中，在巷道掘进时，进行预应力支护、卸压和加固，具体包括：在巷道掘进时，利用锚杆和/或锚索进行预应力支护，布置套管卸压钻孔6，套管钻进卸压和注浆加固。在本实施例中，采用具有高预应力、高强度、高延伸率和高冲击韧性等特性的锚杆(索)，同时结合套管钻进卸压、注浆加固等手段，提高巷道围岩的完整性，抑制围岩劣化，有效控制巷道围岩变形，提高巷道围岩自身的抗冲击能力，从而为钢棚、缓冲吸能垫层5及防护支架7等防护装备提供架设空间。具体地，采用CRM700型锚杆，其最大破断载荷达到340kN以上，屈服强度超过780MPa，破断强度超过890MPa，冲击吸收功大于145J，预应力钢绞线采用高延伸率钢绞线，直径21.8mm，1×19股结构，抗拉强度超过1790MPa，伸长率8％以上。
在其中一个实施例中，在工作面回采前，对超前支承压力进行应力转移，具体包括：在工作面回采前，利用中、短钻孔局部水力压裂技术对超前支承压力进行应力转移，通过确定压裂时机和参数，实现超前支承压力的精准转移，同时还要避免压裂对巷道支护范围内围岩的破坏。在本实施例中，采用中、短孔局部水力压裂技术，工作压力60MPa，可满足井下一般坚硬顶板的压裂需要。长钻孔分段压裂技术主要用于消除巷道远场坚硬岩层破断释放的强冲击动能，短钻孔压裂技术用于转移巷道围岩近场高集中应力，通过对冲击地压巷道围岩实施远、近场水力压裂，减小致使巷道发生冲击的高静载荷和动载荷，实现巷道的协同防冲。
在其中一个实施例中，在巷道周围设置复合吸能防护结构，具体包括：在巷道内设置防护支架7和在防护支架7和巷道围岩之间填充缓冲吸能垫层5。在本实施例中，采用防护支架7和缓冲吸能垫层5进行空间防护；防护支架7由倒“八”字型立柱构成框架结构，防护支架7高度2600～4200mm，宽度430mm，初撑力3091kN，工作阻力4200kN。在防护支架7顶梁设置有防冲吸能材料4，可吸收顶、底板冲击产生的能量；防护支架7的顶梁和底梁分别安装铰接式三角防冲装置，可防止顶、底板冲击时顶、底梁折断；防护支架7采用立柱防冲柱窝和高强度单伸缩防冲立柱形式，可防止立柱冲击折断；大流量液控系统与大流量安全阀可通过快速开启流量阀吸收冲击能量，最后采用倒“八”字型立柱布置形式，更有利于防止底板冲击。由于巷道四周方向均会出现冲击，单独采用吸能构件对冲击方向要求严格。因此，除在钢棚、防护支架7上设置吸能构件外，钢棚、防护支架7与围岩间宜填充缓冲吸能垫层5，缓冲吸能垫层5能吸收巷道四周各个方向的冲击动能。缓冲吸能垫层5能有效衰减冲击应力，延长冲击作用时间，从而减小冲击动载荷对围岩和支护结构的破坏效应。
基于以上实施例，本发明的冲击地压巷道三级防控方法，根据巷道卸压防冲手段，结合套管钻进反复卸压和注浆加固技术，在巷道围岩出现急剧劣化之前完成围岩完整性恢复，防止预应力锚杆(索)支护失效，结合钢棚、缓冲吸能垫层5及防护支架7等复合吸能防护结构，实现巷道“卸压-支护-防护”协同防控。
基于以上实施例，如图1所示，本发明从空间和时间上合理布置长孔水力压裂1和中、短孔水力压裂2卸压，降低巷道高侧向支承压力，改善厚层坚硬岩层积聚的高弹性能释放形式，通过预应力锚网索支护3技术提高围岩自身抗变形和抗冲击能力，结合钢棚、缓冲吸能垫层5及防护支架7等复合吸能结构，提高巷道空间内能量耗散能力，最终实现冲击能量和巷道耗散能量的平衡。通过科学协调“卸压-支护-防护”三者的时空关系，使冲击地压巷道能量耗散过程由不稳定、无序、不可控的耗散状态转变为稳定、有序、可控的耗散状态。
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 (8)

1.一种冲击地压巷道三级防控方法，其特征在于，包括：
在巷道开挖前，对巷道上方的厚坚硬岩层进行预弱化处理；
在巷道掘进时，进行预应力支护、卸压和加固；
在工作面回采前，对超前支承压力进行应力转移，在所述巷道周围设置复合吸能防护结构。
2.根据权利要求1所述的冲击地压巷道三级防控方法，其特征在于，所述在巷道开挖前，对巷道上方的厚坚硬岩层进行预弱化处理，具体包括：在巷道开挖前，采用长钻孔区域分段水力压裂技术对巷道上方的厚坚硬岩层进行预弱化处理。
3.根据权利要求1所述的冲击地压巷道三级防控方法，其特征在于，所述在巷道掘进时，进行预应力支护、卸压和加固，具体包括：在巷道掘进时，利用锚杆和/或锚索进行预应力支护，套管钻进卸压和注浆加固。
4.根据权利要求1所述的冲击地压巷道三级防控方法，其特征在于，所述在工作面回采前，对超前支承压力进行应力转移，具体包括：在工作面回采前，利用中、短钻孔局部水力压裂技术对超前支承压力进行应力转移。
5.根据权利要求1所述的冲击地压巷道三级防控方法，其特征在于，所述在所述巷道周围设置复合吸能防护结构，具体包括：在巷道内设置防护支架和在所述防护支架和巷道围岩之间填充缓冲吸能垫层。
6.根据权利要求5所述的冲击地压巷道三级防控方法，其特征在于，还包括：在所述防护支架顶梁设置有防冲吸能材料。
7.根据权利要求5所述的冲击地压巷道三级防控方法，其特征在于，还包括：在所述防护支架的顶梁和底梁分别安装铰接式三角防冲装置。
8.根据权利要求5所述的冲击地压巷道三级防控方法，其特征在于，所述防护支架由倒“八”字型立柱构成框架结构。
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