CN113294156A - 一种降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，包括：在矿井布置微震监测系统，对微震事件空间分布进行监测，获取矿井的微震事件空间分布规律；构建矿井的三维数值模型，进行静载应力计算，模拟煤层群开采过程中采动应力分布，确定峰值采动应力所在位置；根据微震事件空间分布监测结果和采动应力分布模拟结果，确定大倾角煤层群压撬应力集中区；在压撬应力集中区布置爆破孔；对爆破孔进行装药并引爆，实现应力集中区卸压。本发明可准确判断大倾角煤层群开采过程中应力集中区，及时且精准化进行有效卸压，降低冲击地压危险性和冲击地压防治成本，适用于大倾角煤层群开采。
Description
技术领域
本发明涉及冲击地压灾害防治技术领域，特别涉及一种降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法。
背景技术
冲击地压作为煤矿井下主要的煤岩动力灾害之一，其破坏性大，常造成井巷设备损坏，人员伤亡。随着东部水平和缓倾斜煤层储量的减少，开采深度的加深，政府开始批准对西部煤岩赋存条件复杂的大倾角煤层进行开采。大倾角煤层由于特殊的煤岩赋存条件，冲击地压在浅部就开始显现，显现特征与缓倾斜煤层存在显著差异，尤其是在煤层群开采过程中。因此，研究针对大倾角煤层群冲击地压防治方法是冲击地压防治的关键。
国内外专家针对冲击地压防治展开了大量研究，提出了许多卓有成效的方法，为世界各国冲击地压防治提供了支撑，其中爆破卸压是煤矿冲击地压防治最常用的方法。大倾角煤层由于特殊的覆岩结构，使用前人提出的针对水平和缓倾斜煤层的爆破卸压方法常造成人力和物力的浪费，卸压效果不明显，冲击地压依然频发。同时，现有的针对一些倾斜煤层的爆破卸压方法的爆破孔仅沿巷道围岩斜向上打孔，且每个孔深一致，导致有的孔相对应力集中区较浅，卸压效果不明显，有的孔过深，造成成本过高。大倾角煤层群在开采过程中会形成悬空坚硬顶板和层间坚硬岩柱，悬空围岩的弯曲变形对下部煤体会产生压撬效应，导致巷道上方和下方压撬区域都产生应力集中区，应力集中区位置与小倾角煤层存在显著差异。可见，有必要提出一种适用于大倾角煤层群冲击地压防治的爆破卸压方法，精准化卸压，提高卸压效果，降低成本。
发明内容
本发明提供了一种降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，以实现对大倾角煤层群开采过程中应力集中区有针对性的开展卸压，降低冲击地压危险。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，包括：
步骤1，在待实施冲击地压灾害防治的矿井布置微震监测系统，对所述矿井的微震事件空间分布进行监测，获取所述矿井的微震事件空间分布规律；
步骤2，构建所述矿井的三维数值模型，对所述矿井进行静载应力计算，模拟煤层群开采过程中采动应力分布，确定所述矿井中峰值采动应力所在的位置；
步骤3，根据所述步骤1的微震事件空间分布监测结果和所述步骤2的采动应力分布模拟结果，确定大倾角煤层群压撬应力集中区；
步骤4，在所述步骤3确定的压撬应力集中区布置爆破孔；
步骤5，对所述步骤4布置的爆破孔进行装药并引爆，实现应力集中区卸压。
进一步地，所述步骤3中压撬应力集中区包括挤压应力集中区和撬动应力集中区；所述挤压应力集中区为煤层顶板对煤体挤压产生的应力集中区；所述撬动应力集中区为煤层群间岩柱对煤体的撬动产生的应力集中区。
进一步地，所述步骤4中，在压撬应力集中区布置爆破孔，包括：
分别在挤压应力集中区的顶板和撬动应力集中区的层间岩柱布置爆破孔。
进一步地，所述分别在挤压应力集中区的顶板和撬动应力集中区的层间岩柱布置爆破孔，包括：在顶板巷顶板侧和层间岩柱巷的岩柱侧各布置一排。
进一步地，所述步骤4中布置的爆破孔每排三个，呈扇形布置，钻孔倾角为-65°至65°，孔径为75～113mm，钻孔深度22～57m，不小于应力集中区范围。
进一步地，每排呈扇形布置的三个爆破孔中，第一个爆破孔沿与垂直围岩方向呈45°～65°夹角，斜向上打入巷道围岩，孔深为22～28m；第二个爆破孔与巷道侧围岩倾斜方向垂直打入围岩，孔深为40～45m；第三个爆破孔沿与围岩垂向方向呈-45°～-65°夹角，斜向下打入巷道围岩，孔深为38～57m。
进一步地，所述爆破孔随着工作面的推进超前工作面15～85m布置。
进一步地，在所述步骤5中，对所述爆破孔进行装药为采取正向装药，各组药包上的雷管之间并联连接，位于同一排的各爆破孔之间串联。
进一步地，每排呈扇形布置的三个爆破孔中第一个爆破孔装药长度14～19m，封孔长度8～9m；第二个爆破孔装药长度25～28m，封孔长度15～17m；第三个爆破孔装药长度23～32m，封孔长度15～25m，各爆破孔分别采用黄泥封孔。
进一步地，爆破孔引爆方式为每排三个爆破孔同时引爆，同走向位置挤压应力集中区和撬动应力集中区依次进行引爆，引爆距离控制在工作面超前15～85m。
本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明的方法通过静态应力数值模拟和微震监测系统实时监测微震事件的空间分布和能级，可确定特殊赋存条件煤层准确的应力集中区位置，从而有针对性的进行爆破工程，指导进行精准化卸压，以提高卸压效果，降低冲击危险，并有效降低了成本。本发明方法特别适用于大倾角煤层群开采过程的卸压降危。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。
图1为本发明实施例提供的降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法的执行流程示意图；
图2为本发明实施例提供的微震监测系统监测的能量大于103J微震事件沿煤层走向和倾向空间分布图；其中，(a)为能量大于103J微震事件沿煤层走向平面分布图，(b)为能量大于103J微震事件沿煤层倾向剖面分布图；
图3为本发明实施例提供的静态应力沿煤层走向和倾向分布数值模拟结果；其中，(a)为沿煤层倾向水平应力剖面分布云图，(b)为煤层开采到不同深度时沿煤层倾向水平应力大小，(c)为煤层开采到不同深度时工作面超前水平应力大小；
图4为本发明实施例提供的爆破孔布置剖面图。
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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本实施例提供了一种降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，用于大倾角煤层群精确有针对性的卸压。该方法通过确定应力集中区，有针对性的进行爆破工程实施，以提高卸压效果，降低冲击危险，特别适用于大倾角煤层群开采过程中冲击地压防治。该方法的执行流程如图1所示，包括以下步骤：
S101，在待实施冲击地压灾害防治的矿井布置微震监测系统，对矿井的微震事件空间分布进行监测，获取矿井的微震事件空间分布规律；
S102，根据矿井实际地质条件，构建矿井三维数值模型，进行静载应力计算，模拟煤层群开采过程中采动应力分布，确定峰值采动应力所在的位置；
S103，根据S101中的微震事件空间分布监测结果和S102中的采动应力分布模拟结果，确定大倾角煤层群压撬应力集中区；
S104，在S103确定的压撬应力集中区布置爆破孔；
S105，对S104布置的爆破孔进行装药并引爆，实现应力集中区卸压。
其中，在本实施例中，矿井微震监测系统获取的不同能级微震事件空间分布和数值模拟得到的静态应力分布如图2和图3所示。压撬应力集中区包括挤压应力集中区和撬动应力集中区；其中，挤压应力集中区为煤层顶板对煤体挤压产生的应力集中区；撬动应力集中区为煤层群间岩柱对煤体的撬动产生的应力集中区。压撬应力集中区的位置和煤层倾角有关。参照图2和图3，本实施例中2号煤层压撬应力集中区走向位于工作面超前85m范围内，峰值位置位于工作面前方22m。压撬应力集中区倾向分布范围为上部距巷道底部20m，下部距巷道底部35m，垂直巷道壁方向距巷道壁40m，峰值位置位于巷道底部下方15m。
在压撬应力集中区布置爆破孔时，方式为：分别在挤压应力集中区的顶板和撬动应力集中区的层间岩柱布置爆破孔。爆破孔的布置图如图4所示，爆破孔每排布置三个，呈扇形布置，排间距由理论计算或现场测试得到的爆破产生的裂隙区半径确定，钻孔倾角为-65°至65°，孔径为75～113mm，钻孔深度22～57m，孔深不小于应力集中区范围。每排呈扇形布置的三个爆破孔中，1号爆破孔沿与垂直围岩方向呈45°～65°夹角，斜向上打入巷道围岩，孔深为22～28m；2号爆破孔与巷道侧围岩倾斜方向垂直打入围岩，孔深为40～45m；3号爆破孔沿与围岩垂向方向呈-45°～-65°夹角，斜向下打入巷道围岩，孔深为38～57m。爆破孔随着工作面的推进超前工作面15～85m布置。
具体地，在本实施例中，爆破孔的孔径为113mm。压撬区域每排呈扇形布置的三个爆破孔中，1号爆破孔沿与垂直围岩方向呈65°夹角斜向上打入巷道围岩，孔深22m；2号爆破孔与巷道侧围岩倾斜方向垂直打入围岩，孔深40m；3号爆破孔沿与围岩垂向方向呈-65°夹角斜向下打入巷道围岩，孔深38m，孔深不小于应力集中区范围。在顶板巷顶板侧和层间岩柱巷的岩柱侧各布置一排。
爆破孔装药采取正向装药，各组药包上的雷管之间并联连接，位于同一排的各爆破孔之间串联。每排呈扇形布置的三个爆破孔中，1号爆破孔装药长度14～19m，封孔长度8～9m；2号爆破孔装药长度25～28m，封孔长度15～17m；3号爆破孔装药长度23～32m，封孔长度15～25m，各爆破孔分别采用黄泥封孔。
具体地，在本实施例中，每排呈扇形布置的三个爆破孔中，1号爆破孔装药长度14m，封孔长度为8m，采用黄泥封孔；2号爆破孔装药长度25m，封孔长度为15m，采用黄泥封孔；3号爆破孔装药长度为23m，封孔长度为15m。
爆破孔引爆方式为每排三个爆破孔同时引爆，同走向位置挤压应力集中区和撬动应力集中区依次进行引爆，引爆距离控制在工作面超前15～85m。
在按照上述方法进行降载减撬爆破工程实施后，使用微震监测系统实时监测微震事件空间位置和能级大小，通过监测，发现原始压撬应力集中区域应力下降明显，未发生大能量矿震事件和明显帮鼓等现象，冲击危险性显著降低。
综上，本实施例提供了一种降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，通过静态应力数值模拟和微震监测系统实时监测微震事件的空间分布和能级，可确定特殊赋存条件煤层准确的应力集中区位置，从而有针对性的进行爆破工程，指导进行精准化卸压，以提高卸压效果，降低冲击危险，并有效降低了成本。本发明方法特别适用于大倾角煤层群开采过程的卸压降危。
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。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、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
还需要说明的是，以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
Claims (10)
1.一种降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，其特征在于，包括：
步骤1，在待实施冲击地压灾害防治的矿井布置微震监测系统，对所述矿井的微震事件空间分布进行监测，获取所述矿井的微震事件空间分布规律；
步骤2，构建所述矿井的三维数值模型，对所述矿井进行静载应力计算，模拟煤层群开采过程中采动应力分布，确定所述矿井中峰值采动应力所在的位置；
步骤3，根据所述步骤1的微震事件空间分布监测结果和所述步骤2的采动应力分布模拟结果，确定大倾角煤层群压撬应力集中区；
步骤4，在所述步骤3确定的压撬应力集中区布置爆破孔；
步骤5，对所述步骤4布置的爆破孔进行装药并引爆，实现应力集中区卸压。
2.如权利要求1所述的降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，其特征在于，所述步骤3中压撬应力集中区包括挤压应力集中区和撬动应力集中区；
所述挤压应力集中区为煤层顶板对煤体挤压产生的应力集中区；
所述撬动应力集中区为煤层群间岩柱对煤体的撬动产生的应力集中区。
3.如权利要求2所述的降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，其特征在于，所述步骤4中，在压撬应力集中区布置爆破孔，包括：
分别在挤压应力集中区的顶板和撬动应力集中区的层间岩柱布置爆破孔。
4.如权利要求3所述的降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，其特征在于，所述分别在挤压应力集中区的顶板和撬动应力集中区的层间岩柱布置爆破孔，包括：在顶板巷顶板侧和层间岩柱巷的岩柱侧各布置一排。
5.如权利要求4所述的降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，其特征在于，所述步骤4中布置的爆破孔每排三个，呈扇形布置，钻孔倾角为-65°至65°，孔径为75～113mm，钻孔深度为22～57m，不小于应力集中区范围。
6.如权利要求5所述的降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，其特征在于，每排呈扇形布置的三个爆破孔中，第一个爆破孔沿与垂直围岩方向呈45°～65°夹角，斜向上打入巷道围岩，孔深为22～28m；第二个爆破孔与巷道侧围岩倾斜方向垂直打入围岩，孔深为40～45m；第三个爆破孔沿与围岩垂向方向呈-45°～-65°夹角，斜向下打入巷道围岩，孔深为38～57m。
7.如权利要求1～6任一项所述的降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，其特征在于，所述爆破孔随着工作面的推进超前工作面15～85m布置。
8.如权利要求6所述的降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，其特征在于，在所述步骤5中，对所述爆破孔进行装药为采取正向装药，各组药包上的雷管之间并联连接，位于同一排的各爆破孔之间串联。
9.如权利要求8所述的降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，其特征在于，每排呈扇形布置的三个爆破孔中，第一个爆破孔装药长度14～19m，封孔长度8～9m；第二个爆破孔装药长度25～28m，封孔长度15～17m；第三个爆破孔装药长度23～32m，封孔长度15～25m，各爆破孔分别采用黄泥封孔。
10.如权利要求9所述的降载减撬防治大倾角煤层群冲击地压的方法，其特征在于，爆破孔引爆方式为每排三个爆破孔同时引爆，同走向位置挤压应力集中区和撬动应力集中区依次进行引爆，引爆距离控制在工作面超前15～85m。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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