CN115288606A - 一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法 - Google Patents

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陈立明
陈润合
牛佳胜
刘剑啸
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Abstract

一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，基于应力集中区域的实际应力环境，通过地应力测量确定应力分布规律及空间最大主应力的大小及方向后，以与已确定的空间最大主应力方向垂直的方向作为卸压钻孔施工方向，根据卸压钻孔施工深度在垂直于煤壁方向上的投影长度为巷道高度的3～4倍，确定卸压钻孔施工深度，依据得到的卸压钻孔施工方向、卸压钻孔施工深度、地质情况和应力环境因素确定卸压钻孔直径、卸压钻孔间距，并进行卸压钻孔施工。本方法通过改变传统的卸压孔垂直于煤壁的施工方向，将其施工在与应力环境中的空间最大主应力垂直的方向，使得卸压钻孔最大程度的发生变形，最大化降低了空间最大主应力值，极大地降低了工作面煤体冲击危险。

Description

一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法
技术领域
本发明涉及一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，属于煤矿安全技术领域。
背景技术
随着煤炭需求量日益剧增，煤炭开采强度逐渐增大，许多矿区逐渐转入深部开采。随着开采深度的不断增加，巷道空间应力环境日趋复杂，矿压逐渐增大，冲击地压事故频繁发生。
由于应力的过高集中，其弹性势能的释放往往存在突发性的特点，易导致煤岩石的爆裂和弹射瞬间发生，对于煤矿安全生产存在极大安全隐患。利用钻孔卸压是解除应力集中的常见措施，钻孔卸压具有易于施工、对地质构造条件适用性强的优势，其通过在煤岩体内部通过变形或孔内冲击改变其周围的应力分布，起到释放巷道周围空间大量积聚的弹性势能的作用，对于保证深部煤层开采的安全具有重要意义。
目前，对于钻孔卸压技术的研究方向较为单一，在钻孔卸压布置参数对于卸压效果的影响研究中对于钻孔直径、钻孔间距、孔深、打钻时间等参数研究较多；另外，由于实际施工现场及大直径钻孔卸压施工标准均是要求垂直煤壁施工，未考虑钻孔参数与应力环境的关系，不能最大化发挥大直径钻孔的卸压作用，卸压效果不理想。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，该方法通过改变卸压钻孔施工方向，达到最大化发挥大直径钻孔的卸压效果，为煤矿冲击地压防治及高应力巷道卸压提供有效解决方法，降低工作面煤体冲击危险。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，包括如下步骤：
(1)基于应力集中区域的实际应力环境，通过地应力测量确定应力分布规律及空间最大主应力的大小及方向；
(2)根据步骤(1)中得到的空间最大主应力的方向，以与已确定的空间最大主应力方向垂直的方向作为卸压钻孔施工方向；
(3)根据卸压钻孔施工深度在垂直于煤壁方向上的投影长度为巷道高度的3～4倍，确定卸压钻孔施工深度；
(4)依据得到的卸压钻孔施工方向、卸压钻孔施工深度、地质情况和应力环境因素确定卸压钻孔直径、卸压钻孔间距，并进行卸压钻孔施工。
进一步地，所述步骤(1)中，空间最大主应力的大小及方向通过应力解除法进行确定。
进一步地，所述步骤(2)中，以与已确定的空间最大主应力方向垂直的方向作为卸压钻孔施工方向，所述卸压钻孔施工方向由卸压钻孔施工方向与煤壁的夹角以及卸压钻孔施工方向与水平面的夹角共同确定，则有卸压钻孔施工角度的判定公式如下：
Figure BDA0003809279950000021
其中，ω为卸压钻孔施工方向与煤壁的夹角，α为空间最大主应力方向与煤壁的夹角，且α为锐角，γ为煤壁的垂直方向与水平面的夹角，其面向顶板侧为正，面向底板侧为负，θ为卸压钻孔施工方向与水平面的夹角。
进一步地，所述步骤(3)中，卸压钻孔施工深度L的计算公式为：
L＝hcos-1α；
其中，h为卸压钻孔施工深度L在垂直于煤壁方向上的投影长度。
进一步地，所述步骤(4)中，对于复杂巷道的应力环境在不同位置其空间最大主应力的大小和方向均存在不同的情况时，对于该类巷道进行卸压钻孔施工时，应重复步骤(1)至(4)；对于地质条件、应力环境简单的巷道，基于经验判断采用步骤一中已确定的应力分布规律和空间最大主应力情况布设卸压钻孔施工。
本发明基于应力集中区域的实际应力环境，通过地应力测量确定应力分布规律及空间最大主应力的大小及方向后，以与已确定的空间最大主应力方向垂直的方向作为卸压钻孔施工方向，根据卸压钻孔施工深度在垂直于煤壁方向上的投影长度为巷道高度的3～4倍，确定卸压钻孔施工深度，依据得到的卸压钻孔施工方向、卸压钻孔施工深度、地质情况和应力环境因素确定卸压钻孔直径、卸压钻孔间距，并进行卸压钻孔施工。本方法通过改变传统的卸压孔垂直于煤壁的施工方向，将其施工在与应力环境中的空间最大主应力垂直的方向，使得卸压钻孔最大程度的发生变形，最大化降低了空间最大主应力值，充分发挥了大直径钻孔的卸压能力，有效的提高了大直径钻孔的卸压效果，为煤矿冲击地压防治及高应力巷道卸压提供了有效解决方法，极大地降低了工作面煤体冲击危险。
附图说明
图1是本发明依据空间最大主应力确定卸压钻孔施工位置的三维空间示意图；
图2是本发明依据空间最大主应力确定卸压钻孔施工位置的剖面示意图；
图3是本发明依据空间最大主应力确定卸压钻孔施工位置的平面示意图。
图中：1、空间最大主应力，2、卸压钻孔，3、煤壁，4、巷道。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，包括如下步骤：
(1)基于应力集中区域的实际应力环境，通过地应力测量确定应力分布规律及空间最大主应力1的大小及方向；
(2)根据步骤(1)中得到的空间最大主应力1的方向，以与已确定的空间最大主应力1方向垂直的方向作为卸压钻孔2施工方向；
(3)根据卸压钻孔2施工深度在垂直于煤壁方向上的投影长度为巷道高度的3～4倍，确定卸压钻孔2施工深度；
(4)依据得到的卸压钻孔施工方向、卸压钻孔施工深度、地质情况和应力环境因素确定卸压钻孔直径、卸压钻孔间距，并进行卸压钻孔施工。
进一步地，所述步骤(1)中，空间最大主应力1的大小及方向通过应力解除法进行确定。
进一步地，所述步骤(2)中，以与已确定的空间最大主应力方向垂直的方向作为卸压钻孔施工方向，所述卸压钻孔施工方向由卸压钻孔施工方向与煤壁3的夹角以及卸压钻孔施工方向与水平面的夹角共同确定，则有卸压钻孔施工角度的判定公式如下：
Figure BDA0003809279950000041
其中，ω为卸压钻孔施工方向与煤壁3的夹角，α为空间最大主应力与煤壁3的夹角，且α为锐角，γ为煤壁的垂直方向与水平面的夹角，其面向顶板侧为正，面向底板侧为负，θ为卸压钻孔施工方向与水平面的夹角，θ可根据施工煤层的具体地质条件作出调整，如在水平巷道4中为方便排出煤粉做出向上倾斜5°的调整；
进一步地，所述步骤(3)中，卸压钻孔施工深度L的计算公式为：
L＝hcos-1α；
其中，h为卸压钻孔施工深度L在垂直于煤壁方向上的投影长度。
进一步地，所述步骤(4)中，对于复杂巷道4的应力环境在不同位置其空间最大主应力的大小和方向均存在不同的情况时，对于该类巷道4进行卸压钻孔施工时，应重复步骤(1)至(4)；对于地质条件、应力环境简单的巷道4，基于经验判断采用步骤一中已确定的应力分布规律和空间最大主应力情况布设卸压钻孔施工。
实施例：
某矿37221进风顺槽超前工作面具有强冲击危险，对其实施大直径钻孔卸压，基于该工作面应力环境采用本发明确定大直径钻孔卸压参数，该方法的具体实施步骤如下：
步骤一：使用应力解除法获得工作面应力状态，其中空间最大主应力与煤壁的夹角为45°；
步骤二：以与已确定的空间最大主应力方向90°垂直的方向作为卸压钻孔施工方向，具体如下：
空间最大主应力与煤壁的夹角α为45°，由ω＝α+90°得卸压钻孔施工方向与煤壁的夹角ω为135°；煤壁的垂直方向和水平面的夹角γ为0°，为方便排出煤粉，卸压钻孔向上倾斜5°，即卸压钻孔施工方向与水平面的夹角θ为5°；
步骤三：该区域经冲击危险性评价为强冲击危险区域，卸压钻孔深度为17m，在垂直煤壁方向上的投影长度为12m，符合卸压钻孔深度在垂直煤壁方向上的投影长度为巷道高度的3～4倍的规范要求；3～4倍的规范要求是为了保证钻孔深度能够超过煤壁支撑压力峰值位置。
步骤四：确定卸压钻孔直径为110mm，卸压钻孔孔间距为0.8m，距巷道底板1.2～1.8m；
步骤五：依据卸压钻孔施工方向、卸压钻孔施工深度及其他卸压钻孔施工参数进行钻卸压孔施工；基于该工作面受地质构造影响，应力环境复杂，在对该工作面其他区域施工钻孔时，应重复确定新区域空间最大主应力，重复上述步骤继续施工。

Claims (5)

1.一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)基于应力集中区域的实际应力环境，通过地应力测量确定应力分布规律及空间最大主应力的大小及方向；
(2)根据步骤(1)中得到的空间最大主应力的方向，以与已确定的空间最大主应力方向垂直的方向作为卸压钻孔施工方向；
(3)根据卸压钻孔施工深度在垂直于煤壁方向上的投影长度为巷道高度的3～4倍，确定卸压钻孔施工深度；
(4)依据卸压钻孔施工方向、卸压钻孔施工深度、地质情况和应力环境因素确定卸压钻孔直径、卸压钻孔间距，并进行卸压钻孔施工。
2.根据权利要求1所述的一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，其特征在于，所述步骤(1)中，空间最大主应力的大小及方向通过应力解除法进行确定。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，其特征在于，所述步骤(2)中，以与已确定的空间最大主应力方向垂直的方向作为卸压钻孔施工方向，所述卸压钻孔施工方向由卸压钻孔施工方向与煤壁的夹角以及卸压钻孔施工方向与水平面的夹角共同确定，则有卸压钻孔施工角度的判定公式如下：
Figure FDA0003809279940000011
其中，ω为卸压钻孔施工方向与煤壁的夹角，α为空间最大主应力与煤壁的夹角，且α为锐角，γ为煤壁的垂直方向与水平面的夹角，其面向顶板侧为正，面向底板侧为负，θ为卸压钻孔施工方向与水平面的夹角。
4.根据权利要求3所述的一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，其特征在于，所述步骤(3)中，卸压钻孔施工深度L的计算公式为：
L＝h cos-1α；
其中，h为卸压钻孔施工深度L在垂直于煤壁方向上的投影长度。
5.根据权利要求3所述的一种基于应力环境下的大直径钻孔卸压方法，其特征在于，所述步骤(4)中，对于复杂巷道的应力环境在不同位置其空间最大主应力的大小和方向均存在不同的情况时，对于该类巷道进行卸压钻孔施工时，重复步骤(1)至(4)；对于地质条件、应力环境简单的巷道，基于经验判断采用步骤一中已确定的应力分布规律和空间最大主应力情况布设卸压钻孔施工。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103982137A (zh) * 2014-05-19 2014-08-13 中国矿业大学 一种煤矿井下水力压裂钻孔方位角设计方法
CN104500078A (zh) * 2014-12-29 2015-04-08 中国矿业大学 一种巷外施工优化巷道区域应力场的方法
CN112282806A (zh) * 2020-10-29 2021-01-29 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 一种厚煤层强采动巷道爆破卸压与长锚杆协同控顶方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103982137A (zh) * 2014-05-19 2014-08-13 中国矿业大学 一种煤矿井下水力压裂钻孔方位角设计方法
CN104500078A (zh) * 2014-12-29 2015-04-08 中国矿业大学 一种巷外施工优化巷道区域应力场的方法
WO2016107435A1 (zh) * 2014-12-29 2016-07-07 中国矿业大学 一种巷外施工优化巷道区域应力场的方法
CN112282806A (zh) * 2020-10-29 2021-01-29 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 一种厚煤层强采动巷道爆破卸压与长锚杆协同控顶方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郑吉玉;田坤云;: "工作面前方煤体卸压区范围及瓦斯抽采应用", 煤矿安全, no. 06, 20 June 2016 (2016-06-20), pages 140 - 143 *
雷宏;: "顺层长钻孔预抽消突技术在丁集矿井的应用", 山东煤炭科技, no. 02, 15 April 2009 (2009-04-15), pages 139 - 140 *

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