CN115263318B - 一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法 - Google Patents

一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法，包括以下步骤：S1.沿巷道掘进方向将巷道划分成不同危险等级区域；S2.采集不同危险等级区域的掘进巷道迎头应力峰值位置；S3.制定不同危险等级区域的大直径钻孔和煤层爆破卸压参数；S4.掘进巷道迎头先实施大直径钻孔卸压，然后实施迎头煤层爆破卸压，实现巷道迎头爆破致裂大直径钻孔的组合卸压。本发明有效提高冲击地压矿井掘进巷道迎头卸压时效性，降低由卸压时效缓慢造成的冲击动力灾害风险，提高了井下工作人员的生命安全系数。

Description

一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法
技术领域
本发明涉及煤矿开采及煤矿安全技术领域，特别涉及一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法。
背景技术
煤层巷道是冲击地压灾害的主要发生区域，冲击地压煤层巷道掘进工程量大、人员密集程度高，一旦发生冲击地压事故，易致使巷道、设备损毁，人员伤亡，对煤矿造成巨大损失。目前普遍采用掘进巷道迎头大直径钻孔卸压的方法对巷道超前区域进行卸压，该方法的有效性主要体现在大直径钻孔受压力影响，孔壁发生坍塌、闭合等现象时则认为其达到卸压目的。但该方法往往受掘进巷道的工作属性限制，需要时刻进行采掘活动，没有充足时间使得大直径钻孔在压力影响下发生孔壁变形，降低集中应力的情况，造成卸压效果不理想。如何在不影响矿井生产计划的情况下，提高大直径钻孔变形的时效性，提高巷道迎头卸压效果迫在眉睫。因此，本发明提出一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法，针对单一大直径卸压钻孔卸压效果不理想，增加煤层爆破卸压手段进一步诱发钻孔孔壁发生形变，降低大直径钻孔产生卸压效果的时效性，以解决现有技术中的不足之处。
发明内容
提供了本发明以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法，能够确定巷道应力峰值位置，提高掘进巷道的卸压时效性，降低由卸压时效缓慢造成的动力灾害风险，是本行业的研究方向。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法，所述方法包括：
沿巷道掘进方向将巷道划分成不同危险等级区域；
采集不同危险等级区域的掘进巷道迎头应力峰值位置；
制定不同危险等级区域的大直径钻孔和煤层爆破卸压参数；
掘进巷道迎头先实施大直径钻孔卸压，然后实施迎头煤层爆破卸压，完成巷道迎头爆破致裂大直径钻孔的组合卸压。
进一步地，通过如下公式(1)沿巷道掘进方向将巷道划分成不同危险等级区域：
S＝kY＝abcγh (1)
式中，S表示煤岩体中的静载荷；k表示应力集中系数；Y表示煤层原始应力；h表示上覆岩层的厚度；γ表示上覆岩层的容重；a表示褶皱构造附近30m范围应力集中系数，无实测值时取1.3；b表示断层构造附近30m范围应力集中系数，无实测值时取1.3；c表示巷道周边煤体内固定支承压力集中系数，无实测值时取1.3；
当Y≤S≤1.3Y时，掘进巷道冲击危险等级为Ⅰ级；
当1.3Y＜S≤1.7Y时，掘进巷道冲击危险等级为Ⅱ级；
当S＞1.7Y时，掘进巷道冲击危险等级为Ⅲ级。
进一步地，所述采集不同危险等级区域的掘进巷道迎头应力峰值位置，具体包括：
获取煤粉钻探时的钻杆扭力、钻孔出粉量、煤炮声响次数；
当钻探到某一深度位置时，出现扭力增强，出粉量增大，煤炮声响增多，则判定此深度位置为巷道迎头压力峰值位置，记作L。
进一步地，所述制定不同危险等级区域的大直径钻孔和煤层爆破卸压参数，具体包括：
巷道冲击危险等级为Ⅰ级时：大直径钻孔孔径150mm，单孔布置，孔深为3L；煤层爆破孔孔径42mm，双孔布置，孔深1.2L，单孔装药量2.0kg。卸压孔施工角度沿巷道掘进方向布置；
巷道冲击危险等级为Ⅱ级时：大直径钻孔孔径150mm，双孔布置，孔深为3L；煤层爆破孔孔径42mm，三孔布置，孔深1.2L，单孔装药量2.0kg。卸压孔施工角度沿巷道掘进方向布置；
巷道冲击危险等级为Ⅲ级时：大直径钻孔孔径150mm，三孔布置，孔深为4L；煤层爆破孔孔径42mm，四孔布置，孔深1.2L，单孔装药量2.0kg。卸压孔施工角度沿巷道掘进方向布置；
进一步地，所述掘进巷道迎头先实施大直径钻孔卸压，然后实施迎头煤层爆破卸压，完成巷道迎头爆破致裂大直径钻孔的组合卸压，具体包括：
按照预设的巷道掘进距离进行组合卸压，所述组合卸压包括：
根据巷道掘进区域冲击危险等级，实施大直径卸压钻孔；
在大直径卸压钻孔两侧，实施煤层爆破孔；
实施煤层爆破卸压致裂大直径钻孔，完成巷道迎头爆破致裂大直径钻孔的组合卸压。
进一步地，所述预设的巷道掘进距离为1.5L。
本发明至少具有以下技术效果：
本发明将大直径钻孔卸压和煤层爆破卸压两种手段进行了有机结合，在掘进巷道沿掘进方向将其划分成不同危险等级区域的基础上，制定了不同危险等级的卸压参数，采集了巷道超前应力峰值位置，实现巷道迎头爆破致裂大直径钻孔的组合卸压。通过该方法，能有效提高冲击地压矿井掘进巷道迎头卸压时效性，降低由卸压时效缓慢造成的动力灾害风险，提高了井下工作人员的生命安全系数，为矿井安全生产提供重要支撑。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所发明的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1为本发明实施爆破裂孔组合卸压方法流程图；
图2为本发明不同冲击危险等级区域划分结果示意图；
图3为Ⅰ级危险区域组合卸压钻孔布置示意图；
图4为Ⅱ级危险区域组合卸压钻孔布置示意图；
图5为Ⅲ级危险区域组合卸压钻孔布置示意图；
图6为某矿常规卸压与爆破裂孔卸压时段微震数据分析图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本发明的实施例作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。
参照图1-5所示，本实施例提供一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法，用于提高冲击地压矿井掘进巷道迎头卸压时效性，包括如下步骤：
步骤S1.沿巷道掘进方向将巷道划分成不同危险等级区域。
在一些实施例中，所述沿巷道掘进方向将巷道划分成不同危险等级区域具体为：
S＝kY＝abcγh (1)
式中，S表示煤岩体中的静载荷；k表示应力集中系数；Y表示煤层原始应力；h表示上覆岩层的厚度；γ表示上覆岩层的容重；a表示褶皱构造附近30m范围应力集中系数，无实测值时取1.3；b表示断层构造附近30m范围应力集中系数，无实测值时取1.3；c表示巷道周边煤体内固定支承压力集中系数，无实测值时取1.3。
当Y≤S≤1.3Y时，掘进巷道冲击危险等级为Ⅰ级；
当1.3Y＜S≤1.7Y时，掘进巷道冲击危险等级为Ⅱ级；
当S＞1.7Y时，掘进巷道冲击危险等级为Ⅲ级。
步骤S2.采集不同危险等级区域的掘进巷道迎头应力峰值位置。
在一些实施例中，所述不同危险等级区域的掘进巷道迎头应力峰值位置采集，具体为采用煤粉钻探时的钻杆扭力、钻孔出粉量、煤炮声响确定。当钻探到某一深度时，出现扭力增强，出粉量增大，煤炮声响增多，则判定此位置为巷道迎头压力峰值位置，记作L。
步骤S3.制定不同危险等级区域的大直径钻孔和煤层爆破卸压参数。
在一些实施例中，所述的步骤S3中卸压参数制定过程具体为：
S3.1、巷道冲击危险等级为Ⅰ级时：大直径钻孔孔径150mm，单孔布置，孔深为3L；煤层爆破孔孔径42mm，双孔布置，孔深1.2L，单孔装药量2.0kg。卸压孔施工角度沿巷道掘进方向布置。
S3.2、巷道冲击危险等级为Ⅱ级时：大直径钻孔孔径150mm，双孔布置，孔深为3L；煤层爆破孔孔径42mm，三孔布置，孔深1.2L，单孔装药量2.0kg。卸压孔施工角度沿巷道掘进方向布置。
S3.3、巷道冲击危险等级为Ⅲ级时：大直径钻孔孔径150mm，三孔布置，孔深为4L；煤层爆破孔孔径42mm，四孔布置，孔深1.2L，单孔装药量2.0kg。卸压孔施工角度沿巷道掘进方向布置。
步骤S4.掘进巷道迎头先实施大直径钻孔卸压，然后实施迎头煤层爆破卸压，完成巷道迎头爆破致裂大直径钻孔的组合卸压。
在一些实施例中，所述的步骤S4中完成爆破裂孔组合卸压方法具体为：
S4.1、根据巷道掘进区域冲击危险等级，实施大直径卸压钻孔；
S4.2、在大直径卸压钻孔两侧，实施煤层爆破孔；
S4.3、实施煤层爆破卸压致裂大直径钻孔，完成巷道迎头爆破致裂大直径钻孔的组合卸压；
S4.4、每当巷道掘进1.5L长度时，重复上述组合卸压步骤。
为进一步验证本发明一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法的有效性，本实施例选取某矿掘进巷道掘进期间对采用本发明所述卸压方法前后微震监测数据进行效果。
通过微震监测手段，采集某矿掘进巷道掘进期间常规卸压区域和爆破致裂组合卸压区域的微震数据，见图6；常规卸压区域和爆破致裂组合卸压区域卸压参数表，见表1。
表1.常规卸压区域和爆破致裂组合卸压区域卸压参数
基于常规卸压区域和爆破裂孔组合卸压区域微震监测数据显示，组合卸压区域微震每日释放能量和频次分别下降24.5％、46％，卸压效果增强，有效降低掘进巷道冲击危险性。
综上所述，本发明将大直径钻孔卸压和煤层爆破卸压两种手段进行了有机结合，在掘进巷道沿掘进方向将其划分成不同危险等级区域的基础上，制定了不同危险等级的卸压参数，采集了巷道超前应力峰值位置，实现巷道迎头爆破致裂大直径钻孔的组合卸压。通过该方法，能有效提高冲击地压矿井掘进巷道迎头卸压时效性，降低由卸压时效缓慢造成的动力灾害风险，提高了井下工作人员的生命安全系数，为矿井安全生产提供重要支撑。
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的发明的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的发明的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

Claims (3)

1.一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法，其特征在于，所述方法包括：
沿巷道掘进方向将巷道划分成不同危险等级区域；
采集不同危险等级区域的掘进巷道迎头应力峰值位置；
制定不同危险等级区域的大直径钻孔和煤层爆破卸压参数；
掘进巷道迎头先实施大直径钻孔卸压，然后实施迎头煤层爆破卸压，完成巷道迎头爆破致裂大直径钻孔的组合卸压；
通过如下公式(1)沿巷道掘进方向将巷道划分成不同危险等级区域：
S＝kY＝abcγh (1)
式中，S表示煤岩体中的静载荷；k表示应力集中系数；Y表示煤层原始应力；h表示上覆岩层的厚度；γ表示上覆岩层的容重；a表示褶皱构造附近30m范围应力集中系数，无实测值时取1.3；b表示断层构造附近30m范围应力集中系数，无实测值时取1.3；c表示巷道周边煤体内固定支承压力集中系数，无实测值时取1.3；
当Y≤S≤1.3Y时，掘进巷道冲击危险等级为Ⅰ级；
当1.3Y＜S≤1.7Y时，掘进巷道冲击危险等级为Ⅱ级；
当S＞1.7Y时，掘进巷道冲击危险等级为Ⅲ级；
所述制定不同危险等级区域的大直径钻孔和煤层爆破卸压参数，具体包括：
巷道冲击危险等级为Ⅰ级时：大直径钻孔孔径150mm，单孔布置，孔深为3L；煤层爆破孔孔径42mm，双孔布置，孔深1.2L，单孔装药量2.0kg，卸压孔施工角度沿巷道掘进方向布置；
巷道冲击危险等级为Ⅱ级时：大直径钻孔孔径150mm，双孔布置，孔深为3L；煤层爆破孔孔径42mm，三孔布置，孔深1.2L，单孔装药量2.0kg，卸压孔施工角度沿巷道掘进方向布置；
巷道冲击危险等级为Ⅲ级时：大直径钻孔孔径150mm，三孔布置，孔深为4L；煤层爆破孔孔径42mm，四孔布置，孔深1.2L，单孔装药量2.0kg，卸压孔施工角度沿巷道掘进方向布置；
所述采集不同危险等级区域的掘进巷道迎头应力峰值位置，具体包括：
获取煤粉钻探时的钻杆扭力、钻孔出粉量、煤炮声响次数；
当钻探到某一深度位置时，出现扭力增强，出粉量增大，煤炮声响增多，则判定此深度位置为巷道迎头压力峰值位置，记作L。
2.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法，其特征在于，所述掘进巷道迎头先实施大直径钻孔卸压，然后实施迎头煤层爆破卸压，完成巷道迎头爆破致裂大直径钻孔的组合卸压，具体包括：
按照预设的巷道掘进距离进行组合卸压，所述组合卸压包括：
根据巷道掘进区域冲击危险等级，实施大直径卸压钻孔；
在大直径卸压钻孔两侧，实施煤层爆破孔；
实施煤层爆破卸压致裂大直径钻孔，完成巷道迎头爆破致裂大直径钻孔的组合卸压。
3.根据权利要求2所述的一种冲击地压矿井掘进巷道迎头爆破裂孔组合卸压方法，其特征在于，所述预设的巷道掘进距离为1.5L。
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