CN112780339A - 一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法 - Google Patents

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高刚
朱刚亮
尹传平
郭凯璇
王瑜
丁鼎
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Abstract

本发明公开了一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，具体为：步骤1，采用综合指数法，分别从地质因素、开采技术因素两方面进行冲击危险性综合指数评价，取冲击危险性综合指数的最大值综合评价采掘区域冲击危险性；步骤2，在掘进迎头施工多组迎头大直径卸压孔；步骤3，在煤层两侧帮部对称施工若干爆破卸压孔，每个爆破卸压孔垂直于巷道，每个所述爆破卸压孔内均装有雷管；步骤4，在巷道两底角处对称施工多组底角大直径卸压孔，底角大直径卸压孔采用黄泥进行封孔。本发明卸压孔联合布置的方法解决了现有卸压方法卸压工程量大且卸压效率低。

Description

一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法
技术领域
本发明属于矿山安全开采技术领域，具体涉及一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法。
背景技术
冲击地压作为深部矿井煤炭开采面临的主要灾害之一，近几年在国内已愈演愈烈，对矿井、人员造成了不可估量的损失。深部冲击地压矿井往往伴随有高瓦斯、热害等多种灾害，
冲击地压作为典型煤岩动力灾害的一种，因其破坏性巨大，常常造成较大人员伤亡和财产损失。随着煤矿深部开采的推进，冲击地压灾害形势越来越严峻。围绕冲击地压防治，目前最常用的措施就是采用大直径钻孔卸压，此法利用钻孔使应力峰值向煤体深处转移，有效降低巷道周围岩体的高应力值，减少弹性能量的积聚，降低施工区域冲击危险，此方法在掘进巷道的冲击地压防治方面应用极其广泛。因单个卸压孔形成的卸压范围较小，卸压效果有限，为实现理想的卸压效果，孔间距就比较小，导致卸压工程量大，因此，有必要提出一种新的卸压孔联合布置方法防，既可实现高效卸压，又能减少卸压工程量。
发明内容
本发明的目的是提供一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，解决了现有卸压方法卸压工程量大且卸压效率低。
本发明所采用的技术方案是，一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用综合指数法，分别从地质因素、开采技术因素两方面进行冲击危险性综合指数评价，取地质因素及开采技术因素的冲击危险性综合指数的最大值综合评价采掘区域冲击危险性；
步骤2，在掘进迎头施工多组迎头大直径卸压孔；
步骤3，在煤层两侧帮部对称施工若干爆破卸压孔，每个爆破卸压孔垂直于巷道，每个爆破卸压孔内均装有雷管；
步骤4，在巷道两底角处对称施工多组底角大直径卸压孔，底角大直径卸压孔采用黄泥进行封孔，当煤层底板厚度≤1m时，暂停底角大直径卸压孔施工。
本发明的特点还在于，
步骤1中，冲击危险综合指数0～0.25为无冲击区域；
冲击危险综合指数0.25～0.5为弱冲击危险区域；
冲击危险综合指数0.5～0.75为中等冲击危险区域；
冲击危险综合指数大于0.75为强冲击危险区域。
步骤2中，对于强冲击危险区域，每组所述迎头大直径卸压孔个数为5个，呈等五边形分布且正五边形与倒五边形交替施工，孔间距为1.2m；
对于强冲击危险区域，每组所述迎头大直径卸压孔个数为3个，呈等边三角形分布且正三角形与倒三角形交替施工，孔间距为1.2m；
对于弱冲击危险区域及等冲击危险区域，每组所述迎头大直径卸压孔为5个，呈等五边形分布且正五边形与倒五边形交替施工，孔间距为1.2m。
步骤2中，迎头大直径卸压孔的倾角与巷道一致，孔径不小于133mm，孔深30～80m。
步骤3中，爆破卸压孔距离掘进迎头5m处开始施工，爆破卸压孔与底板之间的距离为1.5～1.8m，孔径不小于42mm，倾角3～5°，孔深大于煤柱到侧向支撑应力峰值点的距离，爆破卸压孔的孔间距为卸压爆破的破碎区半径的2倍。
卸压爆破的破碎区半径计算表达式为：
Figure BDA0002884463700000031
式(1)中，b为波速比，b＝μ/(1-μ)，μ为岩体的泊松比；α为应力波衰减系数；σt为煤岩体的抗拉强度；rc为爆破卸压孔半径；n1为修正系数，对于强冲击危险区域修正系数为0.6，对于中冲击危险区域修正系数为0.8，对于弱冲击危险区域修正系数为0.9；
其中，P为炮孔初始冲击压力，表达式为：
Figure BDA0002884463700000032
式(2)中，ρe为炸药密度；D为爆速，一般不小于2800；dc为炸药直径；db为爆破卸压孔直径；n为爆生气体挤压岩壁时所导致应力增大的倍数，n＝8～11。
步骤3中，雷管采用爆破卸压孔内并联，爆破卸压孔之前间串联的连接方式，装药长度不超过爆破卸压孔孔深的一半。
步骤4中，底角大直径卸压孔距离掘进迎头不超过20m处开始施工，底角大直径卸压孔的孔径不小于133m，倾角-45～-60°，孔深不小于底角应力峰值位置，封孔深度1m。
步骤4中，底角大直径卸压孔的孔间距为：
Figure BDA0002884463700000041
式(3)中，M为底角大直径卸压孔的孔间距；k为底角大直径卸压孔孔间距的危险性修正系数，对于强冲击危险区域修正系数为6.28，对于中冲击危险区域修正系数为12.56，对于弱冲击危险区域修正系数为18.84；d为底角大直径卸压孔施工钻头直径；K为煤岩体变形模量。
当遇到断层、褶曲，则在掘进迎头施工迎头爆破卸压孔，孔深10～15m，短掘短支。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，采用帮部煤层爆破卸压孔代替帮部大直径卸压钻孔，增加了卸压范围，提高了卸压效果，减少了卸压工作量；
(2)本发明一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，在距掘进迎头5m处的位置施工帮部爆破卸压孔，可有效避开综掘机、二运、帮部风水管路等对卸压施工的影响，可与掘进结合在一起，形成正规循环。
附图说明
图1是本发明一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法的布置示意图；
图2是本发明一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法的布置俯视图；
图中，1.爆破卸压孔，2.底角大直径卸压孔，3.迎头大直径卸压孔，4.卸压范围。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，如图1和图2所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用综合指数法，分别从地质因素、开采技术因素两方面进行冲击危险综合指数评价，取地质因素及开采技术因素的冲击危险综合指数的最大值综合评价采掘区域冲击危险性；
其中，冲击危险综合指数0～0.25为无冲击区域；
冲击危险综合指数0.25(不含)～0.5为弱冲击危险区域；
冲击危险综合指数0.5(不含)～0.75为中等冲击危险区域；
冲击危险综合指数大于0.75为强冲击危险区域；
步骤2，在掘进迎头施工多组迎头大直径卸压孔3；
对于强冲击危险区域，每组所述迎头大直径卸压孔3个数为3个，呈等边三角形分布且正三角形与倒三角形交替施工，孔间距为1.2m；
对于弱冲击危险区域及中等冲击危险区域，每组迎头大直径卸压孔为5个，呈等五边形分布且正五边形与倒五边形交替施工，孔间距为1.2m；
迎头大直径卸压孔3的倾角与巷道一致，孔径不小于133mm，孔深30～80m；
步骤3，在煤层两侧帮部对称施工若干爆破卸压孔1，每个爆破卸压孔1垂直于巷道，每个爆破卸压孔1内均装有雷管，雷管采用爆破卸压孔1内并联，爆破卸压孔1之前间串联的连接方式，装药长度不超过爆破卸压孔1孔深的一半，在爆破卸压孔1周围形成卸压范围4；
爆破卸压孔1距离掘进迎头5m处开始施工，爆破卸压孔1与底板之间的距离为1.5～1.8m，孔径不小于42mm，倾角3～5°，孔深大于煤柱到侧向支撑应力峰值点的距离，爆破卸压孔1的孔间距为卸压爆破的破碎区半径的2倍；
其中，卸压爆破的破碎区半径计算表达式为：
Figure BDA0002884463700000061
式(1)中，b为波速比，b＝μ/(1-μ)，μ为岩体的泊松比；α为应力波衰减系数；σt为煤岩体的抗拉强度；rc为爆破卸压孔半径；n1为修正系数，对于强冲击危险区域修正系数为0.6，对于中冲击危险区域修正系数为0.8，对于弱冲击危险区域修正系数为0.9；
其中，P为炮孔初始冲击压力，表达式为：
Figure BDA0002884463700000062
式(2)中，ρe为炸药密度；D为爆速，一般不小于2800；dc为炸药直径；db为爆破卸压孔直径；n为爆生气体挤压岩壁时所导致应力增大的倍数，n＝8～11；
步骤4，在巷道两底角处对称施工多组底角大直径卸压孔2，底角大直径卸压孔2采用黄泥进行封孔，能够在底角大直径卸压孔2形成卸压范围4，当煤层底板厚度≤1m时，暂停底角大直径卸压孔2施工；
底角大直径卸压孔2距离掘进迎头不超过20m处开始施工，底角大直径卸压孔2的孔径不小于133m，倾角-45～-60°，孔深不小于底角应力峰值位置，封孔深度1m；
其中，底角大直径卸压孔2的孔间距为：
Figure BDA0002884463700000063
式(3)中，M为底角大直径卸压孔的孔间距；k为底角大直径卸压孔孔间距的危险性修正系数，对于强冲击危险区域修正系数为6.28，对于中冲击危险区域修正系数为12.56，对于弱冲击危险区域修正系数为18.84；d为底角大直径卸压孔施工钻头直径；K为煤岩体变形模量。
当遇到断层、褶曲，则在掘进迎头施工迎头爆破卸压孔，迎头爆破孔不少于3个，孔深10～15m，短掘短支。
实施例1
以某煤矿401102工作面运顺巷掘进为例；
步骤1，采用综合指数法，分别从地质因素、开采技术因素两方面进行冲击危险性指数评价，取地质因素及开采技术因素的冲击危险性综合指数的最大值综合评价出巷道整体为中等冲击危险，部分区域为强冲击危险；
步骤2，在强冲击危险区域掘进迎头施工多组迎头大直径卸压孔3，组所述迎头大直径卸压孔3个数为3个，呈等边三角形分布且正三角形与倒三角形交替施工，孔间距为1.2m；
迎头大直径卸压孔3的倾角与巷道一致，孔径不小于133mm，孔深50m，迎头大直径卸压孔3的孔间距为1.2m，始终保证前方不小于10m的卸压区域；
步骤3，在煤层两侧帮部对称施工若干爆破卸压孔1，每个爆破卸压孔1垂直于巷道，每个爆破卸压孔1内均装有雷管，雷管采用爆破卸压孔1内并联，爆破卸压孔1之前间串联的连接方式，采用Φ32mm×200mm×200g煤矿用乳化炸药，装药量5kg，装药长度5.5m，封孔长度5.5m；
爆破卸压孔1距离掘进迎头5m处开始施工，爆破卸压孔1与底板之间的距离为1.5m，孔径为42mm，倾角5°，孔深11m，爆破卸压孔1的孔间距为4m；
步骤4，在巷道两底角处对称施工多组底角大直径卸压孔2，底角大直径卸压孔2采用黄泥进行封孔，当煤层底板厚度≤1m时，暂停底角大直径卸压孔2施工；
底角大直径卸压孔2距离掘进迎头不超过20m处开始施工，底角大直径卸压孔2的孔径不小于133m，倾角-45°，孔深10m，孔间距0.7m，封孔深度1m。
实施例2
对于中等冲击危险区域：
与实施例1的区别在于：步骤2中，迎头大直径卸压孔3的孔深为80m，每组迎头大直径卸压孔3的个数为5个，呈正五边形分布且正五边形与倒五边形交替施工；步骤3中，爆破卸压孔1的孔间距为5m；步骤4中，底角爆破卸压孔孔间距为1.4m，其他参数与实施例1相同。
实施例3
对于弱冲击危险区域：
与实施例1的区别在于：步骤2中，迎头大直径卸压孔3的孔深为80m，每组迎头大直径卸压孔3的个数为5个，呈正五边形分布且正五边形与倒五边形交替施工；步骤3中，爆破卸压孔1的孔间距为6m；步骤4中，底角爆破卸压孔孔间距为2.1m，其他参数与实施例1相同。
实施例4
步骤1，采用综合指数法，分别从地质因素、开采技术因素两方面进行冲击危险性指数评价，取地质因素及开采技术因素的冲击危险性综合指数的最大值综合评价出巷道为强冲击危险区域；
步骤2，在强冲击危险区域掘进迎头施工多组迎头大直径卸压孔3，组所述迎头大直径卸压孔3个数为3个，呈等边三角形分布且正三角形与倒三角形交替施工，孔间距为1.2m；
迎头大直径卸压孔3的倾角与巷道一致，孔径不小于133mm，孔深30m，迎头大直径卸压孔3的孔间距为1.2m，始终保证前方不小于10m的卸压区域；
步骤3，在煤层两侧帮部对称施工若干爆破卸压孔1，每个爆破卸压孔1垂直于巷道，每个爆破卸压孔1内均装有雷管，雷管采用爆破卸压孔1内并联，爆破卸压孔1之前间串联的连接方式，采用Φ32mm×200mm×200g煤矿用乳化炸药，装药量5kg，装药长度5.5m，封孔长度5.5m；
爆破卸压孔1距离掘进迎头5m处开始施工，爆破卸压孔1与底板之间的距离为1.8m，孔径不小于42mm，倾角3°，孔深11m，爆破卸压孔1的孔间距为4m；
步骤4，在巷道两底角处对称施工多组底角大直径卸压孔2，底角大直径卸压孔2采用黄泥进行封孔，当煤层底板厚度≤1m时，暂停底角大直径卸压孔2施工；
底角大直径卸压孔2距离掘进迎头不超过20m处开始施工，底角大直径卸压孔2的孔径不小于133m，倾角-60°，孔深10m，孔间距0.7m，封孔深度1m。
实施例5
步骤1，采用综合指数法，分别从地质因素、开采技术因素两方面进行冲击危险性指数评价，取地质因素及开采技术因素的冲击危险性综合指数的最大值综合评价出巷道为中等冲击危险区域；
步骤2，在中等冲击危险区域掘进迎头施工多组迎头大直径卸压孔3，组所述迎头大直径卸压孔3个数为5个，呈等五边形分布且正五边形与倒五边形交替施工，孔间距为1.2m；
迎头大直径卸压孔3的倾角与巷道一致，孔径不小于133mm，孔深80m，迎头大直径卸压孔3的孔间距为1.2m，始终保证前方不小于10m的卸压区域；
步骤3，在煤层两侧帮部对称施工若干爆破卸压孔1，每个爆破卸压孔1垂直于巷道，每个爆破卸压孔1内均装有雷管，雷管采用爆破卸压孔1内并联，爆破卸压孔1之前间串联的连接方式，采用Φ32mm×200mm×200g煤矿用乳化炸药，装药量5kg，装药长度5.5m，封孔长度5.5m；
爆破卸压孔1距离掘进迎头5m处开始施工，爆破卸压孔1与底板之间的距离为1.7m，孔径不小于42mm，倾角4°，孔深11m，爆破卸压孔1的孔间距为5m；
步骤4，在巷道两底角处对称施工多组底角大直径卸压孔2，底角大直径卸压孔2采用黄泥进行封孔，当煤层底板厚度≤1m时，暂停底角大直径卸压孔2施工；
底角大直径卸压孔2距离掘进迎头不超过20m处开始施工，底角大直径卸压孔2的孔径不小于133m，倾角-50°，孔深10m，孔间距1.4m，封孔深度1m。

Claims (10)

1.一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，采用综合指数法，分别从地质因素、开采技术因素两方面进行冲击危险性综合指数评价，取地质因素及开采技术因素的冲击危险性综合指数的最大值综合评价采掘区域冲击危险性；
步骤2，在掘进迎头施工多组迎头大直径卸压孔(3)；
步骤3，在煤层两侧帮部对称施工若干爆破卸压孔(1)，每个所述爆破卸压孔(1)垂直于巷道，每个所述爆破卸压孔(1)内均装有雷管；
步骤4，在巷道两底角处对称施工多组底角大直径卸压孔(2)，所述底角大直径卸压孔(2)采用黄泥进行封孔，当煤层底板厚度≤1m时，暂停底角大直径卸压孔(2)施工。
2.根据权利要求1所述一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，其特征在于，所述步骤1中，
冲击危险综合指数0～0.25为无冲击区域；
冲击危险综合指数0.25～0.5为弱冲击危险区域；
冲击危险综合指数0.5～0.75为中等冲击危险区域；
冲击危险综合指数大于0.75为强冲击危险区域。
3.根据权利要求1所述一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，其特征在于，所述步骤2中，对于强冲击危险区域，每组所述迎头大直径卸压孔(3)个数为5个，呈等五边形分布且正五边形与倒五边形交替施工，孔间距为1.2m；
对于强冲击危险区域，每组所述迎头大直径卸压孔(3)个数为3个，呈等边三角形分布且正三角形与倒三角形交替施工，孔间距为1.2m；
对于弱冲击危险区域及等冲击危险区域，每组所述迎头大直径卸压孔(3)为5个，呈等五边形分布且正五边形与倒五边形交替施工，孔间距为1.2m。
4.根据权利要求1所述一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，其特征在于，所述步骤2中，迎头大直径卸压孔(3)的倾角与巷道一致，孔径不小于133mm，孔深30～80m。
5.根据权利要求1所述一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，其特征在于，所述步骤3中，爆破卸压孔(1)距离掘进迎头5m处开始施工，爆破卸压孔(1)与底板之间的距离为1.5～1.8m，孔径不小于42mm，倾角3～5°，孔深大于煤柱到侧向支撑应力峰值点的距离，爆破卸压孔(1)的孔间距为卸压爆破的破碎区半径的2倍。
6.根据权利要求5所述一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，其特征在于，所述卸压爆破的破碎区半径计算表达式为：
Figure FDA0002884463690000021
式(1)中，b为波速比，b＝μ/(1-μ)，μ为岩体的泊松比；α为应力波衰减系数；σt为煤岩体的抗拉强度；rc为爆破卸压孔半径；n1为修正系数，对于强冲击危险区域修正系数为0.6，对于中冲击危险区域修正系数为0.8，对于弱冲击危险区域修正系数为0.9；
其中，P为炮孔初始冲击压力，表达式为：
Figure FDA0002884463690000022
式(2)中，ρe为炸药密度；D为爆速，一般不小于2800；dc为炸药直径；db为爆破卸压孔直径；n为爆生气体挤压岩壁时所导致应力增大的倍数，n＝8～11。
7.根据权利要求1所述一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，其特征在于，所述步骤3中，雷管采用爆破卸压孔(1)内并联，爆破卸压孔(1)之前间串联的连接方式，装药长度不超过爆破卸压孔(1)孔深的一半。
8.根据权利要求1所述一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，其特征在于，所述步骤4中，底角大直径卸压孔(2)距离掘进迎头不超过20m处开始施工，底角大直径卸压孔(2)的孔径不小于133m，倾角-45～-60°，孔深不小于底角应力峰值位置，封孔深度1m。
9.根据权利要求1所述一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，其特征在于，所述步骤4中，底角大直径卸压孔(2)的孔间距为：
Figure FDA0002884463690000031
式(3)中，M为底角大直径卸压孔的孔间距；k为底角大直径卸压孔孔间距的危险性修正系数，对于强冲击危险区域修正系数为6.28，对于中冲击危险区域修正系数为12.56，对于弱冲击危险区域修正系数为18.84；d为底角大直径卸压孔施工钻头直径；K为煤岩体变形模量。
10.根据权利要求1所述一种深部特厚煤层巷道卸压孔联合布置的方法，其特征在于，当遇到断层、褶曲，则在掘进迎头施工迎头爆破卸压孔，孔深10～15m，短掘短支。
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