CN112855123B - 一种卸压钻孔深度的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种卸压钻孔深度的确定方法，涉及冲击地压防治技术领域。该方法首先，测定工作面附近未受采掘影响区域的煤层中的标准煤粉量；然后，根据所测定的标准煤粉量以及钻屑监测方法计算钻孔每米的煤粉临界值；接着，对工作面采掘影响下煤粉量进行测定；最后，基于应力叠加效应，将工作面采掘影响下煤粉量与煤粉临界值比较，确定卸压钻孔的深度。该方法采用钻屑法以及对煤粉量监测数据的量化分析，确定卸压钻孔的合理深度，保证了卸压保护效果，降低了冲击地压发生的可能性，为煤矿安全生产提供保障；同时，降低了工人劳动强度，有效提高了卸压钻孔的利用率。

Description

一种卸压钻孔深度的确定方法
技术领域
本发明涉及冲击地压防治技术领域，具体涉及一种卸压钻孔深度的确定方法。
背景技术
近年来，由于煤矿开采深度的逐渐加大，冲击地压的现象越来越受到世界各国的关注。为了有效减少冲击地压的发生，目前常用的治理方法有钻孔卸压、煤体卸压爆破、顶板卸压爆破、煤层注水卸压等。
钻孔卸压是一种主动卸压防治冲击地压的方法。其根据“应力三向化转移”原理，钻孔引起巷道深部围岩发生结构性破坏，形成一个弱化带，引起巷道周边围岩内的高应力向深部转移，从而使巷道周边附近围岩处于低应力区。当发生冲击时，一方面，钻孔的空间能够吸收冲出的煤粉， 防止煤体冲出；另一方面，卸压区内顶底板的闭合产生的“楔形”阻力带，也能够防止煤体冲出导致的灾害。
然而，在工程实践中，钻孔卸压虽能产生较好的卸压效果，但对于钻孔的深度，目前还是主要依靠经验确定。由于煤层地质条件的不同，凭经验确定所需钻孔深度往往会增加工人的劳动强度，同时也会增加诱发冲击地压的风险。
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种卸压钻孔深度的确定方法，以确定卸压钻孔的合理深度，从而降低冲击地压发生的可能性，促使卸压钻孔的利用率达到最大，最终达到安全、高效生产的目的。
根据本发明的目的提出的一种卸压钻孔深度的确定方法，包括以下步骤：
步骤一：在工作面附近未受采掘影响区域的煤层中进行标准煤粉量测定。
步骤二：根据步骤一中所测定的标准煤粉量以及钻屑监测方法计算钻孔每米的煤粉临界值。
步骤三：对工作面采掘影响下煤粉量进行测定，测定内容包括：测定点每米钻孔煤粉量  p1 以及采动应力影响下的峰值煤粉量  p2 ，并绘制出测定点每米钻孔煤粉量测定曲线。
步骤四：基于应力叠加效应，将测定点每米钻孔的煤粉量与采动应力影响下的峰值煤粉量相叠加，并绘制出应力叠加效应下的煤粉量曲线。
步骤五：将应力叠加效应下的煤粉量 p1 + p2 值与钻孔煤粉临界值曲线进行比对，选取应力叠加效应下的煤粉量小于等于当前深度下的煤粉临界值的区域， 记为安全区域，该安全区域所对应的最小深度即为卸压钻孔施工的最小深度值。
步骤六：采用钻孔窥视仪对钻孔卸压效果进行检验。
优选的，步骤一中，标准煤粉量的测定方法为：在未受采掘影响区域的工作面附近，每隔10-30m布置一个钻屑孔，钻屑孔深度至原岩应力区；依次选取五个测点，分别记录五个测点每米钻孔取出的煤粉重量，并求其平均值，每米钻孔煤粉量均值即为当前钻孔深度的标准煤粉量。
优选的，步骤二中，当钻孔深度与巷道高度之比小于1.5 时，煤粉临界值为1.5倍标准煤粉量；当钻孔深度与巷道高度之比为1.5-3时，煤粉临界值为2倍标准煤粉量；当钻孔深度与巷道高度之比大于3时，煤粉临界值为3倍标准煤粉量。
优选的，步骤三中，测定点每米钻孔煤粉量测定方法为：在巷帮选取多个测点，布置钻屑孔，钻屑孔深度至原岩应力区，记录多个测点每米钻孔煤粉量的平均值，即为测定点每米钻孔煤粉量；采动应力影响下峰值煤粉量的测定方法为：在工作面煤壁超前100m 范围内选取多个测点，布置钻屑孔，钻屑孔深度至原岩应力区，记录多个测点每米钻孔煤粉量的峰值，即为采动应力影响下的峰值煤粉量。
与现有技术相比，本发明公开的一种卸压钻孔深度的确定方法的优点是：
该方法采用钻屑法以及对煤粉量监测数据的量化分析，确定卸压钻孔的合理深度，保证了卸压保护效果，降低了冲击地压发生的可能性，为煤矿安全生产提供保障。同时，降低了工人劳动强度，有效提高了卸压钻孔的利用率。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明中巷道周围应力分布曲线。
图2为本发明中标准煤粉量测定曲线。
图3为应力叠加效应下的煤粉量测定曲线。
图4为卸压钻孔的深度取值。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1-图4 示出了本发明较佳的实施例，对其进行了详细的剖析。
如图1-4所示的一种卸压钻孔深度的确定方法，包括以下步骤：
步骤一：在工作面附近未受采掘影响区域的煤层中进行标准煤粉量测定。其标准煤粉量的测定方法为：在未受采掘影响区域的工作面附近，每隔10-30 m 布置一个钻屑孔，钻屑孔深度至原岩应力区。依次选取五个测点，分别记录五个测点每米钻孔取出的煤粉重量，并求其平均值，每米钻孔煤粉量均值即为当前钻孔深度的标准煤粉量。
步骤二：根据步骤一中所测定的标准煤粉量以及《冲击地压测定、监测与防治方法GB/T 25217.6-2019》计算钻孔每米的煤粉临界值。其计算结果为：当钻孔深度与巷道高度之比小于1.5 时，煤粉临界值为1.5 倍标准煤粉量；当钻孔深度与巷道高度之比为1.5-3时，煤粉临界值为2 倍标准煤粉量；当钻孔深度与巷道高度之比大于3 时，煤粉临界值为3倍标准煤粉量。
步骤三：对工作面采掘影响下煤粉量进行测定，测定内容包括：测定点每米钻孔煤粉量 p1 以及采动应力影响下的峰值煤粉量 p2 ，并绘制出测定点每米钻孔煤粉量测定曲线。测定点每米钻孔煤粉量测定方法为：在巷帮选取多个测点， 布置钻屑孔，钻屑孔深度至原岩应力区，记录多个测点每米钻孔煤粉量的平均值，即为测定点每米钻孔煤粉量。采动应力影响下峰值煤粉量的测定方法为：在工作面煤壁超前 100m 范围内选取多个测点，布置钻屑孔，钻屑孔深度至原岩应力区，记录多个测点每米钻孔煤粉量的峰值，即为采动应力影响下的峰值煤粉量。
步骤四：基于应力叠加效应，将测定点每米钻孔的煤粉量与采动应力影响下的峰值煤粉量相叠加，并绘制出如图3所示的应力叠加效应下的煤粉量曲线。
步骤五：如图4所示，将应力叠加效应下的煤粉量  p1 +  p2值与钻孔煤粉临界值曲线进行比对，选取应力叠加效应下的煤粉量小于等于当前深度下的煤粉临界值的区域，记为安全区域，该安全区域所对应的最小深度即为卸压钻孔施工的最小深度值。
步骤六：采用钻孔窥视仪对钻孔卸压效果进行检验。当钻孔的裂隙发育由外而内依次表现为“无裂隙发育”时，说明巷道周围的高应力集中区域内的应力集中程度不高。当裂隙发育表现为“无裂隙发育-裂隙发育”时，说明卸压钻孔的卸压范围未超过高应力区，需进一步增加卸压钻孔深度。当裂隙发育表现为“无裂隙发育-裂隙发育-无裂隙发育”时，说明卸压钻孔的卸压范围已超过高应力区，卸压效果良好。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种卸压钻孔深度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在工作面附近未受采掘影响区域的煤层中进行标准煤粉量测定；
步骤二：根据步骤一中所测定的标准煤粉量以及钻屑监测方法计算钻孔每米的煤粉临界值；
步骤三：对工作面采掘影响下煤粉量进行测定，测定内容包括：测定点每米钻孔煤粉量p1 以及采动应力影响下的峰值煤粉量 p2 ，并绘制出测定点每米钻孔煤粉量测定曲线；
步骤四：基于应力叠加效应，将测定点每米钻孔的煤粉量与采动应力影响下的峰值煤粉量相叠加，并绘制出应力叠加效应下的煤粉量曲线；
步骤五：将应力叠加效应下的煤粉量 p1 + p2 值与钻孔煤粉临界值曲线进行比对，选取应力叠加效应下的煤粉量小于等于当前深度下的煤粉临界值的区域， 记为安全区域，该安全区域所对应的最小深度即为卸压钻孔施工的最小深度值；
步骤六：采用钻孔窥视仪对钻孔卸压效果进行检验。
2.根据权利要求 1 所述的一种卸压钻孔深度的确定方法，其特征在于，步骤一中，标准煤粉量的测定方法为：在未受采掘影响区域的工作面附近，每隔 10-30 m 布置一个钻屑孔，钻屑孔深度至原岩应力区；依次选取五个测点，分别记录五个测点每米钻孔取出的煤粉重量，并求其平均值，每米钻孔煤粉量均值即为当前钻孔深度的标准煤粉量。
3.根据权利要求 1 所述的一种卸压钻孔深度的确定方法，其特征在于，步骤二中，当钻孔深度与巷道高度之比小于 1.5 时，煤粉临界值为 1.5 倍标准煤粉量；当钻孔深度与巷道高度之比为 1.5-3 时，煤粉临界值为 2 倍标准煤粉量；当钻孔深度与巷道高度之比大于 3 时，煤粉临界值为 3 倍标准煤粉量。
4.根据权利要求 1 所述的一种卸压钻孔深度的确定方法，其特征在于，步骤三中，测定点每米钻孔煤粉量测定方法为：在巷帮选取多个测点，布置钻屑孔，钻屑孔深度至原岩应力区，记录多个测点每米钻孔煤粉量的平均值， 即为测定点每米钻孔煤粉量；采动应力影响下峰值煤粉量的测定方法为：在工作面煤壁超前 100m 范围内选取多个测点，布置钻屑孔，钻屑孔深度至原岩应力区，记录多个测点每米钻孔煤粉量的峰值，即为采动应力影响下的峰值煤粉量。
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