CN113914859B - 一种煤矿掘进巷道过断层防治冲击地压的方法 - Google Patents

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    • F42D3/04—Particular applications of blasting techniques for rock blasting

Abstract

本发明提供了一种煤矿掘进巷道过断层防治冲击地压的方法，该方法包括：在掘进巷道过程中，临近断层时在掘进工作面上部布置顶部扇形爆破孔，在掘进工作面底角的煤层区域布置底部爆破孔；通过顶部扇形爆破孔对待掘进区域顶部进行爆破卸压，并通过底部爆破孔对待掘进区域底部进行爆破卸压；根据已布置的顶部扇形爆破孔是否覆盖断层顶部区域确定是否继续间隔布置顶部扇形爆破孔并对顶部扇形爆破孔进行爆破，根据已布置的底部爆破孔是否覆盖断层底部区域确定是否继续布置底部爆破孔并对底部爆破孔进行爆破。本发明实施例可以降低断层影响区域应力集中程度，使得掘进巷道围岩处于低应力状态，显著降低冲击地压显现的可能。

Description

一种煤矿掘进巷道过断层防治冲击地压的方法
技术领域
本发明涉及煤矿安全开采技术领域，特别是一种煤矿掘进巷道过断层防治冲击地压的方法。
背景技术
掘进巷道冲击地压易造成群死群伤事故。由于掘进巷道作业人员主要集中于迎头附近，且大型机械、施工机具及钢结构支护材料集中布置，一旦冲击地压发生，极易对作业人员造成强烈挤压。另外，由于掘进巷道仅有单向逃生通道，强烈冲击地压可引起巷道局部闭合，将作业人员集中困于迎头附近，通风系统遭到破坏，造成人员瓦斯窒息。
巷道掘进至断层影响区内时，一方面本巷道的集中应力叠加断层区内的集中应力会形成高集中应力，使得主承载区煤体处于较高的集中静载荷水平；另一方面，巷道内的掘进扰动会不断影响断层行为，并激活相对稳定的断层，当突破断层活化临界条件后，主承载区较高的集中静载荷水平叠加断层能量积聚释放的集中动载荷，动静载荷叠加，突破煤岩系统承载能力极限，进而容易发生冲击启动。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的煤矿掘进巷道过断层防治冲击地压的方法，能够在煤矿掘进巷道过断层期间满足安全要求，降低了构造应力及超前支承压力叠加影响，使得工作面掘进过断层期间处于低应力区，降低了诱发冲击启动的动静载荷源，提高了冲击地压发生门槛，使得冲击地压危险程度显著降低。
本发明实施例的一方面提供了一种煤矿掘进巷道过断层防治冲击地压的方法，包括：
在掘进巷道过程中，若检测到掘进工作面距断层预设距离，在掘进工作面上部布置顶部扇形爆破孔，在掘进工作面底角的煤层区域布置底部爆破孔；
通过顶部扇形爆破孔对待掘进区域顶部进行爆破卸压，并通过底部爆破孔对待掘进区域底部进行爆破卸压；
若已布置的顶部扇形爆破孔未覆盖断层顶部区域，每掘进巷道第一指定步距的距离布置所述顶部扇形爆破孔并对所述顶部扇形爆破孔进行爆破，直到掘进通过所述断层；若已布置的顶部扇形爆破孔覆盖断层顶部区域，继续向所述掘进工作面前方掘进巷道，直到掘进通过所述断层；
若已布置的底部爆破孔未覆盖断层底部区域，每掘进巷道第二指定步距的距离布置所述底部爆破孔并对所述底部爆破孔进行爆破，直到掘进通过所述断层；若已布置的底部爆破孔覆盖断层底部区域，继续向所述掘进工作面前方掘进巷道，直到掘进通过所述断层。
可选地，在掘进工作面上部布置顶部扇形爆破孔，在掘进工作面底角的煤层区域布置底部爆破孔，包括：
在掘进工作面上部布置至少一组顶部扇形爆破孔；
在掘进工作面底角的煤层区域布置两个具有预设孔间距的底部爆破孔。
可选地，在掘进工作面上部布置至少一组顶部扇形爆破孔，包括：
针对任一组顶部扇形爆破孔，从掘进工作面上部的指定位置开始向顶板上方延伸布置预设数量个顶部爆破孔；
若计划布置多组顶部扇形爆破孔，从掘进工作面的上部指定位置处沿巷道宽度方向继续间隔布置其他顶部扇形爆破孔
可选地，在掘进工作面底角的煤层区域布置两个具有预设孔间距的底部爆破孔，包括：
从掘进工作面底角的煤层区域中部开始向底板下方延伸布置两个具有预设孔间距的底部爆破孔。
可选地，预设孔间距为0.6m。
可选地，预设距离的范围为50m～100m。
可选地，掘进的巷道是与侧面采空区相邻的巷道。
本发明实施例在掘进巷道过程中，当临近断层时，可以在掘进工作面上部布置顶部扇形爆破孔，在掘进工作面底角的煤层区域布置底部爆破孔，通过顶部扇形爆破孔对待掘进区域顶部进行爆破卸压，并通过底部爆破孔对待掘进区域底部进行爆破卸压。若已布置的顶部扇形爆破孔未覆盖断层顶部区域，每掘进巷道第一指定步距的距离布置顶部扇形爆破孔并对顶部扇形爆破孔进行爆破，直到掘进通过断层；若已布置的顶部扇形爆破孔覆盖断层顶部区域，继续向掘进工作面前方掘进巷道，直到掘进通过断层。若已布置的底部爆破孔未覆盖断层底部区域，每掘进巷道第二指定步距的距离布置底部爆破孔并对底部爆破孔进行爆破，直到掘进通过断层；若已布置的底部爆破孔覆盖断层底部区域，继续向掘进工作面前方掘进巷道，直到掘进通过断层。由此，本发明实施例在煤矿掘进巷道临近断层时，通过提前对断层区待掘进区域顶部及底部采取爆破卸压措施，降低了构造应力及超前支承压力叠加影响，使得工作面掘进过断层期间处于低应力区，降低了诱发冲击启动的动静载荷源，提高了冲击地压发生门槛，使得冲击地压危险程度显著降低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一实施例的煤矿掘进巷道过断层防治冲击地压的方法流程示意图；
图2示出了根据本发明一实施例的掘进过断层期间待掘进区域的一角度的顶部爆破示意；
图3示出了根据本发明一实施例的掘进过断层期间待掘进区域的另一角度的顶部爆破示意；
图4示出了根据本发明一实施例的掘进过断层期间待掘进区域底部爆破示意；
图中，1：巷道；2：待掘进区域；3：顶部扇形爆破孔；1#：第一顶部爆破孔；2#：第二顶部爆破孔；3#：第三顶部爆破孔；4：底部爆破孔。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种煤矿掘进巷道过断层防治冲击地压的方法。图1示出了根据本发明一实施例的煤矿掘进巷道过断层防治冲击地压的方法流程示意图，参见图1，该方法包括步骤S102至步骤S108。
步骤S102，在掘进巷道过程中，若检测到掘进工作面距断层预设距离，在掘进工作面上部布置顶部扇形爆破孔，在掘进工作面底角的煤层区域布置底部爆破孔。
步骤S104，通过顶部扇形爆破孔对待掘进区域顶部进行爆破卸压，并通过底部爆破孔对待掘进区域底部进行爆破卸压。
步骤S106，若已布置的顶部扇形爆破孔未覆盖断层顶部区域，每掘进巷道第一指定步距的距离布置顶部扇形爆破孔并对顶部扇形爆破孔进行爆破，直到掘进通过断层；若已布置的顶部扇形爆破孔覆盖断层顶部区域，继续向掘进工作面前方掘进巷道，直到掘进通过断层。
步骤S108，若已布置的底部爆破孔未覆盖断层底部区域，每掘进巷道第二指定步距的距离布置底部爆破孔并对底部爆破孔进行爆破，直到掘进通过断层；若已布置的底部爆破孔覆盖断层底部区域，继续向掘进工作面前方掘进巷道，直到掘进通过断层。
巷道掘进过程容易受到断层的影响，如图2所示的FL39断层、FL37断层的影响，因此，当掘进工作面逐渐靠近断层时，超前支承压力的正常前移受到阻碍，从而使得待掘进区域的煤体支承压力大幅度增加，并且在工程扰动作用下，结构面的强度将不断降低，容易导致断层活化，从而形成一定规模的动载，易诱发冲击地压。本发明实施例在煤矿掘进巷道临近断层时，通过提前对待掘进的断层区顶部及底部采取爆破卸压措施，从而可以降低构造应力及超前支承压力叠加影响，使得工作面掘进过断层期间处于低应力区，降低了诱发冲击启动的动静载荷源，提高了冲击地压发生的门槛，冲击地压危险程度显著降低。
参见上文步骤S102，在本发明一实施例中，在布置顶部扇形爆破孔和底部爆破孔的过程中，可以在掘进工作面上部布置至少一组顶部扇形爆破孔，在掘进工作面底角的煤层区域布置两个具有预设孔间距的底部爆破孔。若在掘进工作面上部布置多组顶部扇形爆破孔，那么可多组顶部扇形爆破孔间隔布置，以保证可以多组顶部扇形爆破孔覆盖区域与待掘进的断层区域面积一致，可以使得临近断层区域的顶部扇形爆破孔能够覆盖断层。本发明实施例对顶部扇形爆破孔的数量和布置间隔不做具体限定。
在本发明一实施例中，在布置顶部扇形爆破孔的具体过程中，针对任一组顶部扇形爆破孔，可以从掘进工作面上部的指定位置开始向顶板上方延伸布置预设数量个顶部爆破孔，预设数量个顶部爆破孔组成一组顶部扇形爆破孔。若计划布置多组顶部扇形爆破孔，还可以从掘进工作面的上部指定位置处沿巷道宽度方向继续间隔布置其他顶部扇形爆破孔，即从第一组已经布置的顶部扇形爆破孔处开始向巷道宽度方向继续间隔布置剩余的顶部扇形爆破孔。
下面以一具体实施例对掘进顶部扇形爆破孔进行介绍，参见图2和图3，假设开采煤层的厚度为9m，掘进的巷道1(即图2中2305N上平巷)高4m、宽4.8m。
在本发明实施例中，顶部扇形爆破孔3包含三个顶部爆破孔(如图2和图3中的第一顶部爆破孔1#、第二顶部爆破孔2#、第三顶部爆破孔3#)。在2305N上平巷掘进至FL39、FL37断层构成的“地堑”区域时，从掘进工作面上部的指定位置开始向顶板上方延伸布置三个顶部爆破孔。指定位置可以是掘进工作面上部距离巷道底板一定距离的位置，这里指定位置距巷道底板的距离可以是1.2～1.5m的范围，即三个顶部爆破孔的孔口距巷道底板的距离范围为1.2～1.5m。若计划布置多组顶部扇形爆破孔3，那么还可以在布置完成一组顶部扇形爆破孔3后，继续从掘进工作面的上部指定位置处沿巷道宽度方向继续间隔布置其他顶部扇形爆破孔。
可选地，本发明实施例的顶部爆破孔长度为70m，孔径为75mm，顶部扇形爆破孔3中包含的多个顶部爆破孔以不同角度向顶板上方延伸，即多个顶部爆破孔有不同的仰角，例如，图3中第一顶部爆破孔1#仰角为10°、第二顶部爆破孔2#仰角为4°、第三顶部爆破孔3#仰角也是4°。在布置完成所有顶部扇形爆破孔3后，还需要对各顶部扇形爆破孔3进行装药，装药长度可以设置为47m，装药量为61kg，封孔长度设置为23m。
该实施例若掘进工作面距断层50m时开始布置顶部扇形爆破孔3，那么可以判断已布置的顶部扇形爆破孔已经覆盖了断层顶部区域，能够对断层上方区域进行有效的爆破卸压，此后可以无需再布置顶部扇形爆破孔。
在本发明一实施例中，在布置底部爆破孔4的过程中，可以从掘进工作面底角的煤层区域中部开始向底板下方延伸布置两个具有预设孔间距的底部爆破孔4。在一可选实施例中，两个底部爆破孔4之间的预设孔间距可以为0.6m。
下面以一具体实施例对掘进底部爆破孔进行介绍，参见图4，在2305N上平巷掘进至FL39、FL37断层构成的“地堑”区域时，在掘进工作面底角中间留有底煤的区域实施一组底板爆破孔，一组包含两个底部爆破孔4，底部爆破孔4的间距为0.6m，底部爆破孔4可以以不同角度向底板下方延伸，即不同底部爆破孔4可以有不同角度的俯角，例如，一个底部爆破孔4俯角为30°，另一个底部爆破孔4俯角为40°。底部爆破孔4的孔深为钻进至底板岩层以下5m垂深，孔径为75mm。在布置完成所有底部爆破孔4后，还需要对各底部爆破孔4进行装药，装药长度可以设置为孔深的2/3，封孔长度可以设置为孔深的1/3。
该实施例若掘进工作面距断层50m时开始布置底部爆破孔4，且底部爆破孔4的长度远小于50m，无法有效覆盖断层底部区域，那么可以每掘进巷道20m后再次布置底部爆破孔4并对底部爆破孔4进行爆破，直到掘进通过断层区域。
在本发明一实施例中，掘进的巷道可以是与侧面采空区相邻的巷道，如图2所示掘进的巷道2305N上平巷临近2304N采空区，且区段煤柱可以留设4.5m。由于2305N上平巷临近2304N采空区，因此，布置顶部扇形爆破孔3和底部爆破孔4时，从掘进头处控制顶部扇形爆破孔3和底部爆破孔4的走向偏向实体煤方向。例如，图2中顶部扇形爆破孔3包含的第一顶部爆破孔1#与巷道1走向夹角10°，第二顶部爆破孔2#与巷道1走向夹角14度°，第三顶部爆破孔3#与巷道1走向夹角20°。
本发明实施例的顶部扇形爆破孔和底部爆破孔均可以布置一次或间隔布置多次，这与顶部扇形爆破孔和底部爆破孔的孔长，向上或向下的角度相关。若第一次布置的顶部扇形爆破孔长度大于掘进工作面距断层的预设距离(如顶部扇形爆破孔长70m，顶部扇形爆破孔包含的多个顶部爆破孔的仰角没有超过10°，预设距离为50m)，顶部扇形爆破孔可以覆盖至断层顶部区域，那么后续无需再次间隔布置顶部扇形爆破孔。若第一次布置的顶部扇形爆破孔无法覆盖至断层顶部区域，可按照第一指定步距间隔再次布置顶部扇形爆破孔。对于底部爆破孔也同理，此处不作赘述。该实施例的第一指定步距的距离和第二指定步距可以是相等步距值，也可以是不同步距值，本发明实施例不作具体限定。
在可选实施例中，掘进工作面距断层预设距离的范围为50m～100m，第一指定步距和第二指定步距可以均为20m。例如，在检测到掘进工作面距断层预设距离60m时开始布置第一轮顶部扇形爆破孔3和底部爆破孔4，第一轮布置的顶部扇形爆破孔3覆盖了断层顶部区域，而底部爆破孔4未覆盖断层底部区域，那么在各爆破孔爆破后，继续向前掘进20m并布置第二轮底部爆破孔4，而无需再次布置顶部扇形爆破孔3，对第二轮布置的底部爆破孔4爆破后，继续向前掘进20m并布置第三轮底部爆破孔4，进而对第三轮布置的底部爆破孔4进行爆破，此时掘进通过了断层区域，停止布置底部爆破孔4。
本发明实施例通过对2305N上平巷迎头前方开展超前爆破孔卸压，可以降低断层影响区域应力集中程度，使得掘进巷道围岩处于低应力状态，显著降低冲击地压显现的可能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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脱离本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种煤矿掘进巷道过断层防治冲击地压的方法，其特征在于，包括：
在掘进巷道过程中，若检测到掘进工作面距断层预设距离，在所述掘进工作面上部布置至少一组顶部扇形爆破孔，在所述掘进工作面底角的煤层区域布置底部爆破孔；
通过所述顶部扇形爆破孔对待掘进区域顶部进行爆破卸压，并通过所述底部爆破孔对待掘进区域底部进行爆破卸压；
若已布置的顶部扇形爆破孔未覆盖断层顶部区域，每掘进巷道第一指定步距的距离布置所述顶部扇形爆破孔并对所述顶部扇形爆破孔进行爆破，直到掘进通过所述断层；若已布置的顶部扇形爆破孔覆盖断层顶部区域，继续向所述掘进工作面前方掘进巷道，直到掘进通过所述断层；
若已布置的底部爆破孔未覆盖断层底部区域，每掘进巷道第二指定步距的距离布置所述底部爆破孔并对所述底部爆破孔进行爆破，直到掘进通过所述断层；若已布置的底部爆破孔覆盖断层底部区域，继续向所述掘进工作面前方掘进巷道，直到掘进通过所述断层；
其中，在所述掘进工作面上部布置至少一组顶部扇形爆破孔，包括：针对任一组顶部扇形爆破孔，从所述掘进工作面上部的指定位置开始向顶板上方延伸布置三个顶部爆破孔，所述顶部爆破孔长度为70m，孔径为75mm；
三个所述顶部爆破孔的孔口距巷道底板的距离范围为1.2m~1.5m，三个所述顶部爆破孔中的第一顶部爆破孔仰角为10°、第二顶部爆破孔仰角为4°、第三顶部爆破孔仰角为4°。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述掘进工作面底角的煤层区域布置底部爆破孔，包括：
在所述掘进工作面底角的煤层区域布置两个具有预设孔间距的底部爆破孔。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述掘进工作面上部布置至少一组顶部扇形爆破孔，还包括：
若计划布置多组所述顶部扇形爆破孔，从所述掘进工作面的上部指定位置处沿所述巷道宽度方向继续间隔布置其他顶部扇形爆破孔。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述掘进工作面底角的煤层区域布置两个具有预设孔间距的底部爆破孔，包括：
从所述掘进工作面底角的煤层区域中部开始向底板下方延伸布置两个具有预设孔间距的底部爆破孔。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述预设孔间距为0.6m。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，
掘进的所述巷道是与侧面采空区相邻的巷道，所述顶部扇形爆破孔和底部爆破孔的走向偏向实体煤方向。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，
所述预设距离的范围为50m~100m。
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