CN115234287A - 一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法 - Google Patents
一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法，包括：获取煤矿井下逆断层构造区域应力场分布特征，采集逆断层构造区域煤岩体进行力学实验，根据力学实验结果建立顶板聚能爆破煤岩体断裂力学模型，根据力学模型确定聚能爆破的聚能方向及爆破粉碎区、裂隙区和应力场的函数关系，进行松软煤层顶板聚能爆破模拟实验，根据模拟实验结果制定松软煤层顶板聚能爆破现场应用方案，在逆断层构造区域坚硬顶板岩层进行定向聚能爆破。该方法可以解决逆断层构造区域松松软煤层中煤岩瓦斯动力灾害的危险性问题。
Description
技术领域
本发明涉及预防煤岩瓦斯动力灾害领域，更具体的涉及一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法。
背景技术
我国煤矿瓦斯资源赋存条件复杂，高应力、构造煤、低渗透性煤层气资源占比高。随着开采深度增加，深部矿井地质条件恶化，煤层赋存条件更加复杂多变，部分矿井开采进入全层构造煤，煤层透气性降低，地应力、瓦斯含量和瓦斯压力增大，瓦斯灾害防治钻孔在松软煤层施工困难，瓦斯抽采难度不断加大。
与浅部开采相比，深部构造区域变形能明显增大以及深部逆断层更易发生错动滑移。针对深部逆断层构造区域松软煤层开采，卸压、增透和强化瓦斯抽采是解决问题的关键，深孔预裂爆破可有效降低围岩应力集中程度，增加低透气性煤层的渗透性，但爆破产生的裂纹无序蔓延会导致构造区域采掘生产过程中的不安全因素增多。同时，现有的煤层增透措施产生的裂隙易于闭合，严重影响瓦斯抽采效率，急需研究安全高效致裂构造松软煤体的关键技术，促使上覆岩层破断卸压，减小煤层的应力集中，同时增加煤岩层的裂隙贯通，提高瓦斯抽采效率，消除煤岩瓦斯动力灾害的危险性。
发明内容
本发明实施例提供一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法，包括：
获取煤矿井下逆断层构造区域松软煤层的构造应力分布和主应力大小及方向；
采集逆断层构造区域煤岩体，进行冲击载荷作用下力学特性实验，建立顶板聚能爆破煤岩体断裂力学模型；
根据顶板聚能爆破煤岩体断裂力学模型和现场确定的煤矿井下逆断层构造区域主应力大小及方向，确定聚能爆破的聚能方向、及爆破粉碎区、裂隙区范围；
根据爆破粉碎区、裂隙区的范围和构造应力分布，进行松软煤层顶板聚能爆破模拟实验，确定定向聚能爆破参数；
根据定向聚能爆破参数，进行松软煤层顶板聚能现场爆破；
其中，现场爆破时选择定向聚能爆破的聚能方向避开构造主应力方向，贯通松软煤层和顶板岩层的裂隙，对顶板进行破碎卸压和松软煤层进行增透，向上运移松软煤层瓦斯。
优选地，还包括分析顶板岩体聚能爆破聚能方向裂隙扩展对煤层增透影响，其包括：
分析逆断层构造区域松软煤层和顶板的应力分布状态；
在松软煤层顶板岩层进行定向聚能爆破；
聚能方向产生爆破裂隙使顶板岩体整体性被破坏，避免顶板断距过长从而矿压显现剧烈，同时降低采煤工作面前方煤层的应力集中程度；
在煤岩交界面产生爆破裂隙并延伸至松软煤层，促使煤岩层协同卸压的同时增加松软煤层瓦斯垂向运移通道，消除因顶板断距过长导致的冲击地压和煤与瓦斯突出发生的危险。
优选地，聚能爆破的聚能方向，包括：
选择对构造区域的扰动小的方向为非聚能方向；
选择对顶板整体性被破坏，同时在煤岩交界面产生爆破裂隙作为聚能方向。
优选地，聚能爆破参数包括：
药柱聚能方向、装药量和钻孔布置层位。
优选地，所述确定逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透的参数，包括：
在工作面进风巷和回风巷向松软煤层顶板岩层施工聚能爆破孔；
设置聚能方向垂直于煤层；
在超前工作面回采进行预裂爆破；
设置爆破药柱的聚能方向、装药量和钻孔布置层位参数，控制聚能爆破卸压增透裂隙网络形态；
确定在顶板岩层破碎卸压的同时，使煤岩交界面产生爆生裂隙并延伸至松软煤层增透，减小非聚能方向对逆断层构造主应力影响区域的扰动。
优选地，还包括优化聚能爆破参数，其具体包括：
现场考察巷道两帮顶底板位移、单体支柱压力、工作面来压步距和顶板岩层钻孔瓦斯抽采量；
根据逆断层构造区域松软煤层顶板岩层聚能爆破，煤岩层协同卸压增透的应用效果，确定逆断层构造应力、厚硬顶板破断、聚能载荷综合作用下储能安全释放和煤岩层协同卸压增透的聚能方向、装药量和钻孔布置层位。
本发明实施例提供一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法与现有技术相比，其有益效果如下：
使逆断层构造区域松软煤层上覆坚硬顶板岩层破断卸压，减小煤层的应力集中，同时增加煤岩交界面的爆破裂隙并延伸至松软煤层增透，提高瓦斯抽采效果，消除逆断层构造区域煤岩瓦斯动力灾害发生的危险性，为深部开采逆断层构造影响区域内煤岩瓦斯动力灾害的防治提供技术支持和瓦斯治理方法。
附图说明
图1为本发明的顶板坚硬岩层聚能爆破卸压增透方法流程图；
图2为本发明实施例中逆断层构造区域顶板聚能爆破卸压增透模型示意图；
图3为本发明实施例的逆断层构造区域顶板聚能爆破卸压增透力学原理图；
图4为本发明实施例中松软煤层顶板聚能爆破卸压及煤层增透原理示意图；
图5为本发明实施例中松软煤层顶板聚能爆破钻孔布置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
参见图1～5，本发明实施例提供一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法，该方法包括：
S1、分析煤矿井下逆断层构造区域应力场分布和围岩储能特征，具体地，地应力具有显著的方向性，受逆断层地质构造运动的影响，同一地点沿不同方向的地应力有明显差异性，通过煤矿现场资料收集、物理模拟实验、数值计算分析和现场实测，确定逆断层构造影响区域松软煤层顶板的应力分布状态，据此理论分析逆断层构造区域的应力环境，如图2所示。
S2、根据逆断层构造区域松软煤层的应力环境，采集逆断层构造区域煤岩体进行冲击载荷作用下力学特性实验，建立聚能爆轰能量作用下逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破煤岩体断裂力学模型，如图3所示，得到聚能爆破形成的裂隙区、粉碎区和应力值的函数关系，分析聚能方向和非聚能方向的裂隙扩展规律，计算聚能爆破形成的粉碎区和裂隙区范围。
S3、获取爆轰应力波侵彻、瓦斯和爆生气体的综合作用下，地应力场和煤岩层裂隙场的演化以及瓦斯压力、煤岩体应力重新分布规律，分析顶板岩体聚能爆破聚能和非聚能方向裂隙扩展对煤层增透效果影响；
根据逆断层构造影响区域松软煤层顶板的应力分布状态，通过在松软煤层顶板岩层进行定向聚能爆破，聚能方向产生爆破裂隙使顶板岩体整体性被破坏，避免顶板断距过长从而矿压显现剧烈，同时降低采煤工作面前方煤层的应力集中程度，在煤岩交界面产生爆破裂隙并延伸至松软煤层增透，从而起到煤岩层协同卸压的同时增加松软煤层瓦斯垂向运移通道，达到提高钻孔瓦斯抽采率的目的，消除因顶板断距过长导致的冲击地压和煤与瓦斯突出发生的危险性，如图4所示。H为松软煤层顶板的厚度，聚能爆破前悬顶长度为L1，聚能爆破后悬顶长度为L2。
S4、根据逆断层构造影响区域松软煤层顶板应力场分布特征和瓦斯赋存状态，进行顶板岩层聚能爆破试验，确定聚能爆破药柱聚能方向、装药量和钻孔布置层位参数；通过在工作面进风巷和回风巷向松软煤层顶板岩层施工聚能爆破孔，聚能方向垂直于煤层，超前工作面回采进行预裂爆破，根据爆破药柱的聚能方向、装药量和钻孔布置参数，实现聚能爆破卸压增透的裂隙网络形态可控，最大限度的保证顶板岩层破碎卸压的同时使煤岩交界面和松软煤层产生爆生裂隙增透，减小非聚能方向对逆断层地质构造主应力影响区域的扰动，具体如图5所示。
S5、根据试验结果优化聚能爆破装药结构和钻孔布置参数；通过现场考察巷道两帮顶底板位移、单体支柱压力、工作面来压步距和顶板岩层钻孔瓦斯抽采量，确定逆断层构造松软煤层顶板岩层聚能爆破，煤岩层协同卸压增透的应用效果，优化得到逆断层构造应力、厚硬顶板破断、聚能载荷综合作用下储能安全释放和煤岩层协同卸压增透的聚能方向、装药量和钻孔布置层位。
S6、优化组合聚能爆破参数，对比分析，形成结论。
进一步地，为方便钻孔施工和保持爆生裂隙的张开状态、解决松软煤层爆生裂隙短期容易被压实的问题，将钻孔布置在松软煤层的顶板坚硬岩层，可解决松软煤层内瓦斯灾害防治钻孔施工困难，钻孔不稳定和容易塌孔造成瓦斯抽采难度不断加大的问题，从而提高爆生裂隙的长效导流能力。
本发明根据“构造松软煤层顶板坚硬岩体聚能爆破、预裂煤岩层产生爆生裂隙卸压、煤岩层裂隙网络高效导流瓦斯”的技术思路，采用聚能爆破预裂逆断层构造区域坚硬顶板岩体，促使低透气性构造松软煤层上覆岩体破碎卸压的同时减小煤层的应力集中，在煤岩交界面和松软煤层产生爆生裂隙以提高钻孔瓦斯抽采率，提出逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法，消除逆断层构造区域煤岩瓦斯动力灾害发生的危险性，为深部开采逆断层构造影响区域内煤岩瓦斯动力灾害的防治提供技术支持。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法，其特征在于，包括：
获取煤矿井下逆断层构造区域松软煤层的构造应力分布和主应力大小及方向；
采集逆断层构造区域煤岩体，进行冲击载荷作用下力学特性实验，建立顶板聚能爆破煤岩体断裂力学模型；
根据顶板聚能爆破煤岩体断裂力学模型和现场确定的煤矿井下逆断层构造区域主应力大小及方向，确定聚能爆破的聚能方向、及爆破粉碎区、裂隙区范围；
根据爆破粉碎区、裂隙区的范围和构造应力分布，进行松软煤层顶板聚能爆破模拟实验，确定定向聚能爆破参数；
根据定向聚能爆破参数，进行松软煤层顶板聚能现场爆破；
其中，现场爆破时选择定向聚能爆破的聚能方向避开构造主应力方向，贯通松软煤层和顶板岩层的裂隙，对顶板进行破碎卸压和松软煤层进行增透，向上运移松软煤层瓦斯。
2.如权利要求1所述的一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法，其特征在于，还包括确定顶板岩体聚能爆破聚能方向裂隙扩展对煤层增透影响，其包括：
分析逆断层构造区域松软煤层和顶板的应力分布状态；
在松软煤层顶板岩层进行定向聚能爆破；
聚能方向产生爆破裂隙使顶板岩体整体性被破坏，避免顶板断距过长从而矿压显现剧烈，同时降低采煤工作面前方煤层的应力集中程度；
在煤岩交界面产生爆破裂隙并延伸至松软煤层，促使煤岩层协同卸压的同时增加松软煤层瓦斯垂向运移通道，消除因顶板断距过长导致的冲击地压和煤与瓦斯突出发生的危险。
3.如权利要求1所述的一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法，其特征在于，所述聚能爆破的聚能方向，包括：
选择对逆断层构造区域主应力分布扰动小的方向为非聚能方向；
选择对顶板整体性被破坏，同时在煤岩交界面产生爆破裂隙并延伸至松软煤层的方向作为聚能方向。
4.如权利要求1所述的一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法，其特征在于，还包括：
按照松软煤层顶板聚能爆破方案进行现场聚能爆破卸压增透应用，确定逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透的参数。
5.如权利要求4所述的一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法，其特征在于，所述确定逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透的参数，包括：
在工作面进风巷和回风巷向松软煤层顶板岩层施工聚能爆破孔；
设置聚能方向垂直于煤层；
在超前工作面回采进行预裂爆破；
设置爆破药柱的聚能爆破的参数，控制聚能爆破卸压增透裂隙网络形态，确定在顶板岩层破碎卸压的同时，使煤岩交界面产生爆生裂隙并延伸至松软煤层增透，减小非聚能方向对逆断层构造主应力影响区域的扰动。
6.如权利要求5所述的一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法，其特征在于，所述聚能爆破的参数包括：
药柱的聚能方向、装药量和钻孔布置层位。
7.如权利要求6所述的一种逆断层构造区域松软煤层顶板聚能爆破卸压增透方法，其特征在于，还包括优化聚能爆破参数，其具体包括：
现场考察巷道两帮顶底板位移、单体支柱压力、工作面来压步距和顶板岩层钻孔瓦斯抽采量；
根据逆断层构造区域松软煤层顶板岩层聚能爆破，煤岩层协同卸压增透的应用效果，确定逆断层构造应力、厚硬顶板破断、聚能载荷综合作用下储能安全释放和煤岩层协同卸压增透的聚能方向、装药量和钻孔布置层位。
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| CN117973079A (zh) * | 2024-03-28 | 2024-05-03 | 山东科技大学 | 一种层状组合顶板储能计算方法及系统 |
| CN117973079B (zh) * | 2024-03-28 | 2024-06-11 | 山东科技大学 | 一种层状组合顶板储能计算方法及系统 |
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