CN115355008B - 一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法 - Google Patents

一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法，包括以下步骤：S1.根据巷道掘进设计图划分巷道穿层类型；S2.对不同巷道穿层类型分别进行围岩钻孔取芯测量，确定掘进巷道围岩属性；S3.基于围岩属性，将掘进巷道沿巷道掘进方向的未掘部分划分成不同卸压等级区域；S4.制定掘进巷道不同卸压等级区域的立体式卸压方案参数；S5.多轮次开展立体式卸压，实现掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压。本发明有效提高冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间的卸压效果，降低由煤岩介质转化造成的构造应力集中现象，进一步降低由构造应力带来的冲击动力灾害风险，提高了井下掘进巷道工作人员的生命安全系数。

Description

一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法
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煤岩穿层期间立体式卸压方法。
背景技术
煤矿采煤工作面回采巷道设计时，往往局部区域由于地质、开采技术等因素会发生巷道穿煤岩层的现象。巷道掘进期间随着掘进迎头逐步临近煤岩交界面，巷道冲击危险性逐步增强，诱发冲击地压事故的可能性大幅增加。目前巷道在岩层掘进期间普遍不采取卸压措施，当巷道穿层至煤层后，开始采用煤层大直径钻孔卸压手段，但该方法不利于解决巷道穿层期间受煤岩介质属性的改变形成构造应力集中现象，从而造成巷道受构造应力影响增强冲击危险性，影响巷道掘进安全。如何在巷道即将穿层期间，制定行之有效的顶板、底板和巷道迎头的立体式卸压方案，降低掘进巷道煤岩穿层期间的冲击危险性迫在眉睫。因此，本发明提出一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法，针对巷道岩层掘进不卸压，煤层采用大直径钻孔卸压，无法降低巷道穿层期间的应力水平的问题，在判识掘进巷道穿层类型的基础上，开展巷道围岩属性探测，划分不同卸压等级区域，制定巷道顶板、底板、迎头爆破立体式卸压方案，降低煤岩交界区域的应力集中程度，从而降低巷道穿层期间的冲击危险性，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煤岩穿层期间立体式卸压方法，能够明确巷道穿层类型，确定巷道围岩属性，进而对不同卸压等级区域进行精准立体式卸压，提高冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间的卸压效果，降低由煤岩介质转化造成的构造应力集中现象，进一步降低由构造应力带来的冲击动力灾害风险，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煤岩穿层期间立体式卸压方法，所述方法包括：
根据巷道掘进设计图划分巷道穿层类型；
根据不同巷道穿层类型分别进行围岩钻孔取芯测量，确定掘进巷道围岩属性；
基于所述掘进巷道围岩属性，将掘进巷道沿巷道掘进方向的未掘部分划分成不同卸压等级区域；
制定掘进巷道不同卸压等级区域的立体式卸压方案参数；
多轮次开展立体式卸压，实现掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压。
进一步地，所述根据巷道掘进设计图划分巷道穿层类型，具体包括：
掘进巷道由煤层顶板岩层下穿至煤层的划分为下穿型巷道；
掘进巷道由煤层底板岩层上穿至煤层的划分为上穿型巷道。
进一步地，所述根据不同巷道穿层类型分别进行围岩钻孔取芯测量，确定掘进巷道围岩属性，具体包括：
上穿型巷道和下穿型巷道的钻孔取芯位置均设定于距设计巷道煤岩交界面100m处；
对于下穿型巷道，在巷道底板进行底板岩层钻孔取芯测定，钻孔垂直深度为H＝20～30m；
对于上穿型巷道，在巷道顶板进行顶板岩层钻孔取芯测定，钻孔垂直深度为H＝20～30m。
进一步地，通过如下公式(1)将掘进巷道沿巷道掘进方向的未掘部分划分成不同卸压等级区域：
S＝abLM (1)
式中，S表示卸压等级区域划分范围，即实际巷道距煤岩交界面的距离；a表示穿层角度系数，若穿层角度α＝0～30°则a取1，若α＞30°则a取1.3；L表示设计巷道距煤岩交界面的距离；b表示为岩层属性系数，若岩层属性为砂岩层则b取1.5，若岩层属性为砂质泥岩则b取1.3，若岩层属性为泥岩则b取1.0；M表示煤层厚度系数，煤厚为0～3m时取1，煤厚为3～6m时取1.3，煤厚＞6m时取1.5。
当0＜S≤30m时，掘进巷道卸压等级区域为Ⅰ级卸压区域；
当30＜S≤60m时，掘进巷道卸压等级区域为Ⅱ级卸压区域；
当S＞60m时，掘进巷道卸压等级区域为Ⅲ级卸压区域。
进一步地，制定的掘进巷道不同卸压等级区域的立体式卸压方案参数包括：
在下穿型巷道中，Ⅰ级卸压区域中，巷道底板爆破孔两孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2，钻孔仰角为α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致；
在下穿型巷道中，Ⅱ级卸压区域中，巷道底板爆破孔两孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2，钻孔仰角为α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致；
在下穿型巷道中，Ⅲ级卸压区域中，不开展卸压工作；
在上穿型巷道中，Ⅰ级卸压区域中，巷道顶板爆破孔两孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2，钻孔仰角为α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致；
在上穿型巷道中，Ⅱ级卸压区域中，巷道顶板爆破孔两孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2，钻孔仰角为α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致；
在上穿型巷道中，Ⅲ级卸压区域中，不开展卸压工作。
进一步地，所述多轮次开展立体式卸压，实现掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压，具体包括：
Ⅰ级卸压区域，上穿型巷道和下穿型巷道每掘进H/3长度时，开展一轮立体式卸压；
Ⅱ级卸压区域，上穿型巷道和下穿型巷道每掘进H/2长度时，开展一轮立体式卸压。
本发明至少具有以下技术效果：
与现有技术相比，本发明基于巷道设计图将掘进巷道煤岩穿层分为上穿型和下穿型，并分别在两种类型巷道内采用钻孔取芯方式测定了围岩属性，同时基于围岩属性将掘进巷道沿巷道掘进方向的未掘部分划分成不同卸压等级区域，制定了不同卸压等级区域的卸压参数，设定了施工程序，实现掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压。通过该方法，能有效提高冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间的卸压效果，降低由煤岩介质转化造成的构造应力集中现象，进一步降低由构造应力带来的冲击动力灾害风险，提高了井下掘进巷道工作人员的生命安全系数。
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为本发明实施掘进巷道穿层期间立体式卸压方法流程图；
图2为本发明巷道下穿型不同卸压等级区域划分结果走向剖面示意图；
图3为本发明巷道上穿型不同卸压等级区域划分结果走向剖面示意图；
图4为巷道下穿型Ⅱ级卸压区域卸压钻孔布置走向剖面示意图；
图5为巷道下穿型Ⅱ级卸压区域卸压钻孔布置俯视示意图；
图6为巷道上穿型Ⅰ级卸压区域卸压钻孔布置走向剖面示意图；
图7为巷道上穿型Ⅰ级卸压区域卸压钻孔布置俯视示意图。
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1-7所示，本实施例提供一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法，用于提高冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间的卸压效果，包括如下步骤：
步骤S1.根据巷道掘进设计图划分巷道穿层类型。
在一些实施例中，所述的根据巷道掘进设计图划分巷道穿层类型具体为：参照图2所示，掘进巷道由煤层顶板岩层下穿至煤层的称为巷道下穿型巷道；参照图3所示，掘进巷道由煤层底板岩层上穿至煤层的称为巷道上穿型。
步骤S2.对不同巷道穿层类型分别进行围岩钻孔取芯测量，确定掘进巷道围岩属性；
在一些实施例中，参照图2和图3所示，所述的步骤S2中确定掘进巷道围岩属性及岩层厚度具体为：
S2.1、上穿型和下穿型巷道钻孔取芯位置设定于距设计巷道煤岩交界面100m处。
S2.2、对于下穿型巷道，在巷道底板进行底板岩层钻孔取芯测定，钻孔垂直深度为H＝20～30m。
S2.3、对于上穿型巷道，在巷道顶板进行顶板岩层钻孔取芯测定，钻孔垂直深度为H＝20～30m。
步骤S3.基于围岩属性，将掘进巷道沿巷道掘进方向的未掘部分划分成不同卸压等级区域。
在一些实施例中，参照图4-7所示，所述的沿巷道掘进方向将巷道划分成不同卸压等级区域具体为：
S＝abLM (1)
式中，S表示卸压等级区域划分范围，即实际巷道距煤岩交界面的距离；a表示穿层角度系数，若穿层角度α＝0～30°则a取1，若α＞30°则a取1.3；L表示设计巷道距煤岩交界面的距离；b表示为岩层属性系数，若岩层属性为砂岩层则b取1.5，若岩层属性为砂质泥岩则b取1.3，若岩层属性为泥岩则b取1.0；M表示煤层厚度系数，煤厚为0～3m时取1，煤厚为3～6m时取1.3，煤厚＞6m时取1.5。
当0＜S≤30m时，掘进巷道卸压等级区域为Ⅰ级卸压区域；
当30＜S≤60m时，掘进巷道卸压等级区域为Ⅱ级卸压区域；
当S＞60m时，掘进巷道卸压等级区域为Ⅲ级卸压区域。
步骤S4.制定掘进巷道不同卸压等级区域的立体式卸压方案参数。
在一些实施例中，所述的步骤S4中确定的立体式卸压方案参数具体为：
S4.1、在下穿型巷道中，Ⅰ级卸压区域中，巷道底板爆破孔两孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2,钻孔角度为穿层角度α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致。
S4.2、在下穿型巷道中，Ⅱ级卸压区域中，巷道底板爆破孔两孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2,钻孔仰角为α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致。
S4.3、在下穿型巷道中，Ⅲ级卸压区域中，不开展卸压工作。
S4.4、在上穿型巷道中，Ⅰ级卸压区域中，巷道顶板爆破孔两孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2,钻孔仰角为α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致。
S4.5、在上穿型巷道中，Ⅱ级卸压区域中，巷道顶板爆破孔两孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2,钻孔仰角为α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致。
S4.6、在上穿型巷道中，Ⅲ级卸压区域中，不开展卸压工作。
步骤S5.多轮次开展立体式卸压，实现掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压。
在一些实施例中，所述的步骤S5中完成掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压具体为：
S5.1、Ⅰ级卸压区域，上穿型巷道和下穿型巷道每掘进H/3长度时，开展一轮立体式卸压；
S5.2、Ⅱ级卸压区域，上穿型巷道和下穿型巷道每掘进H/2长度时，开展一轮立体式卸压。
综上所述，本发明基于巷道设计图将掘进巷道煤岩穿层分为上穿型和下穿型，并分别在两种类型巷道内采用钻孔取芯方式测定了围岩属性，同时基于围岩属性将掘进巷道沿巷道掘进方向的未掘部分划分成不同卸压等级区域，制定了不同卸压等级区域的卸压参数，设定了施工程序，实现掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压。通过该方法，能有效提高冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间的卸压效果，降低由煤岩介质转化造成的构造应力集中现象，进一步降低由构造应力带来的冲击动力灾害风险，提高了井下掘进巷道工作人员的生命安全系数。
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 (6)

1.一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法，其特征在于，所述方法包括：
根据巷道掘进设计图划分巷道穿层类型；
根据不同巷道穿层类型分别进行围岩钻孔取芯测量，确定掘进巷道围岩属性；
基于所述掘进巷道围岩属性，将掘进巷道沿巷道掘进方向的未掘部分划分成不同卸压等级区域；
制定掘进巷道不同卸压等级区域的立体式卸压方案参数；
多轮次开展立体式卸压，实现掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压。
2.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法，其特征在于，所述根据巷道掘进设计图划分巷道穿层类型，具体包括：
掘进巷道由煤层顶板岩层下穿至煤层的划分为下穿型巷道；
掘进巷道由煤层底板岩层上穿至煤层的划分为上穿型巷道。
3.根据权利要求2所述的一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法，其特征在于，所述根据不同巷道穿层类型分别进行围岩钻孔取芯测量，确定掘进巷道围岩属性，具体包括：
上穿型巷道和下穿型巷道的钻孔取芯位置均设定于距设计巷道煤岩交界面100m处；
对于下穿型巷道，在巷道底板进行底板岩层钻孔取芯测定，钻孔垂直深度为H＝20～30m；
对于上穿型巷道，在巷道顶板进行顶板岩层钻孔取芯测定，钻孔垂直深度为H＝20～30m。
4.根据权利要求3所述的一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法，其特征在于，通过如下公式(1)将掘进巷道沿巷道掘进方向的未掘部分划分成不同卸压等级区域：
S＝abLM (1)
式中，S表示卸压等级区域划分范围，即实际巷道距煤岩交界面的距离；a表示穿层角度系数，若穿层角度α＝0～30°则a取1，若α＞30°则a取1.3；L表示设计巷道距煤岩交界面的距离；b表示为岩层属性系数，若岩层属性为砂岩层则b取1.5，若岩层属性为砂质泥岩则b取1.3，若岩层属性为泥岩则b取1.0；M表示煤层厚度系数，煤厚为0～3m时取1，煤厚为3～6m时取1.3，煤厚＞6m时取1.5；
当0＜S≤30m时，掘进巷道卸压等级区域为Ⅰ级卸压区域；
当30＜S≤60m时，掘进巷道卸压等级区域为Ⅱ级卸压区域；
当S＞60m时，掘进巷道卸压等级区域为Ⅲ级卸压区域。
5.根据权利要求4所述的一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法，其特征在于，制定的掘进巷道不同卸压等级区域的立体式卸压方案参数包括：
在下穿型巷道中，Ⅰ级卸压区域中，巷道底板爆破孔两孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2，钻孔仰角为α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致；
在下穿型巷道中，Ⅱ级卸压区域中，巷道底板爆破孔两孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2，钻孔仰角为α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致；
在下穿型巷道中，Ⅲ级卸压区域中，不开展卸压工作；
在上穿型巷道中，Ⅰ级卸压区域中，巷道顶板爆破孔两孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2，钻孔仰角为α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量2.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致；
在上穿型巷道中，Ⅱ级卸压区域中，巷道顶板爆破孔两孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2，钻孔仰角为α+30°；巷道迎头爆破孔三孔布置，单孔装药量1.0kg，孔深为H/2，钻孔角度与巷道掘进方向一致；
在上穿型巷道中，Ⅲ级卸压区域中，不开展卸压工作。
6.根据权利要求4所述的一种冲击地压矿井掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压方法，其特征在于，所述多轮次开展立体式卸压，实现掘进巷道煤岩穿层期间立体式卸压，具体包括：
Ⅰ级卸压区域，上穿型巷道和下穿型巷道每掘进H/3长度时，开展一轮立体式卸压；
Ⅱ级卸压区域，上穿型巷道和下穿型巷道每掘进H/2长度时，开展一轮立体式卸压。
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