CN116816378A - 一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法 - Google Patents

一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116816378A
CN116816378A CN202310983428.1A CN202310983428A CN116816378A CN 116816378 A CN116816378 A CN 116816378A CN 202310983428 A CN202310983428 A CN 202310983428A CN 116816378 A CN116816378 A CN 116816378A
Authority
CN
China
Prior art keywords
roadway
pressure relief
confined aquifer
surrounding rock
high confined
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310983428.1A
Other languages
English (en)
Inventor
李桂臣
郝浩然
孙元田
刘进军
李菁华
张俊杰
杨森
卢忠诚
沃小芳
李长傲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heilongjiang Longmei Hegang Mining Co ltd
China University of Mining and Technology CUMT
Original Assignee
Heilongjiang Longmei Hegang Mining Co ltd
China University of Mining and Technology CUMT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heilongjiang Longmei Hegang Mining Co ltd, China University of Mining and Technology CUMT filed Critical Heilongjiang Longmei Hegang Mining Co ltd
Priority to CN202310983428.1A priority Critical patent/CN116816378A/zh
Publication of CN116816378A publication Critical patent/CN116816378A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
    • E21C41/16—Methods of underground mining; Layouts therefor
    • E21C41/18—Methods of underground mining; Layouts therefor for brown or hard coal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04—Lining with building materials
    • E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00—Setting anchoring-bolts
    • E21D20/02—Setting anchoring-bolts with provisions for grouting
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F16/00—Drainage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法，包括以下步骤：获取巷道掘进区域顶板上方高承压含水层空间层位特征；基于掘进区域顶板上方高承压含水层空间层位、厚度，利用工作面掘进巷道淋水区域，分别制定对应空间分布特征的深长疏水钻孔参数，进行高承压含水层定向钻孔疏放水，实现高承压水导控疏排卸压；在巷道沿空侧相邻巷道内施工若干钻孔进行切顶卸压，巷道实体帮侧底角开挖卸压槽，实现围岩切顶断底卸压；在掘进巷道施工注浆锚杆进行浅表围岩注浆加固，实现锚注强化承载结构。本发明能够对高承压含水层进行疏排卸压，并进行锚注围岩结构强化，有效实现高承压含水层巷道水患控制、结构稳定与围岩强化。

Description

一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法
技术领域
本发明涉及煤矿高承压水巷道安全控制技术领域，具体涉及一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法。
背景技术
我国煤炭开采中近50％矿井水文地质条件复杂，随着煤矿开采深度逐年增加，每年须在高地应力、低强度、富水沉积岩层中新掘巷道5000km以上，煤矿巷道普遍遭受掘进淋水突水、围岩泥化垮冒等灾害威胁，高承压含水层成为危险源头，高水压含水层的存在对工作面开采与巷道掘进带来隐患极大。
《煤矿防治水细则》中规定煤矿落实防治水工作需由过程治理向源头预防、局部治理向区域治理，打设疏排水钻孔是煤矿井巷常用的防治水方法，但对于高承压含水层，实际工程实践中水量难以疏干排净，伴随着高原岩应力、孔隙水压力、采掘应力扰动影响，现场对高承压水卸压疏排的手段极为有限，效果并不显著，巷道掘进作为工作面回采的准备工作，如何提前在巷道中实现卸压疏排水尤为重要，有利于矿井生产的接续和采掘作业安全。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法，其能够解决煤层高承压含水层对采掘作业安全的水害威胁工程难题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法，包括以下步骤：
S1、根据矿井煤层赋存特征、地质构造情况与水文地质条件，获取巷道掘进区域顶板上方高承压含水层空间层位特征；
S2、基于掘进区域顶板上方高承压含水层空间层位、厚度，利用工作面掘进巷道淋水区域，分别制定对应空间分布特征的深长疏水钻孔参数，进行高承压含水层定向钻孔疏放水，实现高承压水导控疏排卸压；
S3、在巷道沿空侧相邻巷道内施工若干钻孔进行切顶卸压，巷道实体帮侧底角开挖卸压槽，实现围岩切顶断底卸压；
S4、在掘进巷道施工注浆锚杆进行浅表围岩注浆加固，实现锚注强化承载结构。
优选地，步骤S1中，巷道掘进区域顶板上方高承压含水层空间层位特征包括承压含水层厚度D、水压P、原岩应力σ，借助矿井生产地质报告、掘进作业规程、地质力学评估报告对其进行确定。
优选地，步骤S2中，深长疏水钻孔参数包括深度L、排距X和方位α，均根据富水巷道顶板上方高承压含水层空间层位特征确定。
优选地，步骤S2中，高承压含水层定向钻孔疏放水是通过在工作面两侧巷道施工定向钻孔，使钻孔直接进入需要疏水降压的高承压水含水层，利用高承压水重力作用或压力水头，疏放到井巷排水系统中，当疏水孔单位涌水量小于1.0m3/min时，对巷道进行后续卸压操作。
优选地，步骤S3中，巷道沿空侧相邻巷道内施工若干钻孔进行切顶卸压是对掘进巷道相邻上区段工作面巷道顶板进行人工爆破预裂切顶，钻孔孔径50～100mm，钻孔深度到达覆岩基本顶高度，利用UDEC离散元数值模拟软件建立巷道工程实际模型，进行多种切顶方案模拟，运行并计算对比不同钻孔角度与钻孔排距方案的应力场卸压效果，选取最优方案进行现场工业性试验切顶卸压。
优选地，步骤S3中，巷道实体帮侧底角开挖卸压槽是对实体煤壁一侧垂直开挖矩形槽，在保证工作面正常运输的前提下，卸压槽尺寸根据实际巷道断面大小确定，宽度为巷道断面半径的0.15～0.25倍，可兼做水沟使用，必要时进行松散回填。
优选地，步骤S4中，掘进巷道施工注浆锚杆进行浅表围岩注浆加固是对富水巷道两帮及顶板打设注浆锚杆，在巷道浅表围岩2～3m范围内进行注浆加固，封堵巷道浅表围岩裂隙发育区域。
本发明的有益效果在于：
1、本申请针对掘进区域高承压含水层赋存特点，创新地将导控疏排卸压、围岩切顶断底卸压、巷道锚注支护结构有机结合在一起，强调了控制方法协同作用的时空顺序，相比于传统疏排水技术、围岩卸压技术等，本方案将导水-卸压-支护的综合控制核心思想进一步明确，实践效果明显。
2、本申请在探明矿井水文地质条件、煤(岩)层赋存特征后获取到高承压含水层大致区域，确定深长疏水钻孔基本参数，利用待回采工作面已掘出的两条巷道进行高承压含水层定向钻孔疏放水，完成后在巷道沿采空区一侧相邻巷道内施工若干爆破钻孔进行切顶卸压，并在巷道实体帮侧底角开挖矩形卸压槽，完成后在掘进巷道施工注浆锚杆进行浅表围岩注浆加固，强化巷道表层围岩避免裂隙水侵扰。
3、本申请能够兼顾高应力卸压与承压水卸压效果，在回采工作面开采前进行远场高承压水导控疏排卸压，围岩切顶断底卸压，并且配合锚注工序强化围岩承载结构，通过卸压疏排的方法实现工作面回采应力环境改良，锚注围岩结构强化实现煤矿开采过程中巷道长时安全稳定，保障通道全生命周期稳定畅通、煤矿安全高效生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的巷道高承压水导控疏排卸压示意图；
图2为本发明实施例提供的巷道围岩切顶断底卸压示意图；
图3为本发明实施例提供的巷道切顶卸压技术方案参数优选示意图；
图4为本发明实施例提供的巷道锚注强化承载结构示意图。
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。
目前针对顶板高承压含水层的水害防治措施主要为疏水降压法，但由于含水层性质多为孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件存在差异、分布不均匀，煤矿生产受水害的影响程度各不相同，巷道局部淋水、掘进迎头突水成为较难预测的水害隐患。
本申请提供一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法，包括以下步骤：
S1、根据矿井煤(岩)层赋存特征、地质构造情况与水文地质条件，借助矿井生产地质报告、掘进作业规程、地质力学评估报告对其进行确定，获取巷道掘进区域顶板上方高承压含水层空间层位特征，包括承压含水层厚度D、水压P、原岩应力σ，实施例中依据某矿地测科生产地质报告得到上方高承压含水层层位等信息，根据埋深656m，计算水压可达4.2～6.0MPa；
层厚/m 岩性 属性
16.5～28.4 细砂岩为主 隔水层
5.6～12.6 灰岩 含水层
13.5～20.1 粉砂岩为主 隔水层
S2、基于所述掘进区域顶板上方高承压含水层空间层位、厚度，利用工作面掘进巷道淋水区域，分别制定对应空间分布特征的深长疏水钻孔参数，包括深度L、排距X和方位α。实施例中进行高承压含水层定向钻孔疏放水，参考图1通过在工作面两侧巷道施工定向钻孔，使钻孔直接进入需要疏水降压的高承压水含水层，利用高承压水重力作用或压力水头，疏放到井巷排水系统中，实施例中高承压含水层钻孔涌水量一般在0～3.0m3/min，当疏水孔单位涌水量小于1.0m3/min时，可对巷道进行后续卸压操作；
孔深/m 排距/m 方位/°
70 100 30
S3、完成步骤S2后，在巷道沿空侧相邻巷道内施工若干钻孔进行切顶卸压，对掘进巷道相邻上区段工作面巷道顶板进行人工爆破预裂切顶，参考图2，钻孔孔径50～100mm，钻孔深度到达覆岩基本顶高度，利用UDEC离散元数值模拟软件建立巷道工程实际模型，进行多种切顶方案模拟，运行并计算对比不同钻孔角度β与爆破钻孔排距d方案的应力场卸压效果，参考图3，选取最优方案进行现场工业性试验切顶卸压，巷道实体帮侧底角开挖卸压槽，对实体煤壁一侧垂直开挖矩形槽，在保证工作面正常运输的前提下，卸压槽尺寸根据实际巷道断面大小确定，宽度一般为巷道断面半径的0.15～0.25倍，可兼做水沟使用，必要时进行松散回填，实施例中在工作面开切眼30m处进行超前预裂爆破，切顶炮眼距离巷道煤柱帮1.2m处，炮孔偏向采空区方向并与水平方向的夹角为70°，炮孔眼深度为17～18m，钻孔直径为50mm，孔间距为2m，钻杆直径为42mm，在巷道实体帮一侧开挖600×600mm。
S4，完成步骤S3后，在掘进巷道施工注浆锚杆进行浅表围岩注浆加固，对富水巷道两帮及顶板打设注浆锚杆，在巷道浅表围岩2～3m范围内进行注浆加固，参考图4，封堵巷道浅表围岩裂隙发育区域，其中，注浆材料为速凝早强膨胀水泥基或其他水泥复合浆材，注浆压力至少大于含水层压力1MPa。
以上所述是本发明针对高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制实施方式，导控疏排卸压作为承压含水层水害防治的基本手段，可适用于矿井水文地质条件中等及以下类别矿井局部富水区域治理；围岩切顶断底卸压是高承压含水层水害防治的关键手段，深部高应力富水矿井含水层初始水压较高，受采掘扰动影响裂隙构造活化，降低围岩应力及水压力十分重要，可进一步适用于矿井水文地质条件复杂及以上类别矿井富水岩层区域治理；锚注强化承载结构是巷道围岩水害防治的保障手段，浅表注浆进一步可对裂隙发育区域进行封堵，降低疏排钻孔水流对围岩水岩作用负面影响，进而提高表面围岩承载能力，增强围岩稳定性。
以上所述仅是本发明提供的一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员依据本发明的精神和思想，在具体实施方式及工程应用中存在改变或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据矿井煤层赋存特征、地质构造情况与水文地质条件，获取巷道掘进区域顶板上方高承压含水层空间层位特征；
S2、基于掘进区域顶板上方高承压含水层空间层位、厚度，利用工作面掘进巷道淋水区域，分别制定对应空间分布特征的深长疏水钻孔参数，进行高承压含水层定向钻孔疏放水，实现高承压水导控疏排卸压；
S3、在巷道沿空侧相邻巷道内施工若干钻孔进行切顶卸压，巷道实体帮侧底角开挖卸压槽，实现围岩切顶断底卸压；
S4、在掘进巷道施工注浆锚杆进行浅表围岩注浆加固，实现锚注强化承载结构。
2.如权利要求1所述的一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法，其特征在于，步骤S1中，巷道掘进区域顶板上方高承压含水层空间层位特征包括承压含水层厚度D、水压P、原岩应力σ，借助矿井生产地质报告、掘进作业规程、地质力学评估报告对其进行确定。
3.如权利要求2所述的一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法，其特征在于，步骤S2中，深长疏水钻孔参数包括深度L、排距X和方位α，均根据富水巷道顶板上方高承压含水层空间层位特征确定。
4.如权利要求3所述的一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法，其特征在于，步骤S2中，高承压含水层定向钻孔疏放水是通过在工作面两侧巷道施工定向钻孔，使钻孔直接进入需要疏水降压的高承压水含水层，利用高承压水重力作用或压力水头，疏放到井巷排水系统中，当疏水孔单位涌水量小于1.0m3/min时，对巷道进行后续卸压操作。
5.如权利要求4所述的一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法，其特征在于，步骤S3中，巷道沿空侧相邻巷道内施工若干钻孔进行切顶卸压是对掘进巷道相邻上区段工作面巷道顶板进行人工爆破预裂切顶，钻孔孔径50～100mm，钻孔深度到达覆岩基本顶高度，利用UDEC离散元数值模拟软件建立巷道工程实际模型，进行多种切顶方案模拟，运行并计算对比不同钻孔角度与钻孔排距方案的应力场卸压效果，选取最优方案进行现场工业性试验切顶卸压。
6.如权利要求5所述的一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法，其特征在于，步骤S3中，巷道实体帮侧底角开挖卸压槽是对实体煤壁一侧垂直开挖矩形槽，在保证工作面正常运输的前提下，卸压槽尺寸根据实际巷道断面大小确定，宽度为巷道断面半径的0.15～0.25倍，可兼做水沟使用，必要时进行松散回填。
7.如权利要求6所述的一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法，其特征在于，步骤S4中，掘进巷道施工注浆锚杆进行浅表围岩注浆加固是对富水巷道两帮及顶板打设注浆锚杆，在巷道浅表围岩2～3m范围内进行注浆加固，封堵巷道浅表围岩裂隙发育区域。
CN202310983428.1A 2023-08-07 2023-08-07 一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法 Pending CN116816378A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310983428.1A CN116816378A (zh) 2023-08-07 2023-08-07 一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310983428.1A CN116816378A (zh) 2023-08-07 2023-08-07 一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116816378A true CN116816378A (zh) 2023-09-29

Family

ID=88114659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310983428.1A Pending CN116816378A (zh) 2023-08-07 2023-08-07 一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116816378A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104763432B (zh) 一种高应力巷道围岩卸压控制大变形的方法
CN113404535B (zh) 一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法
CN113914862B (zh) 切顶卸压无煤柱自成巷开采设计与评价方法
CN110344831B (zh) 切顶卸压无煤柱沿空自成巷留巷方法
CN108343418B (zh) 从地表定向水压致裂预裂基岩控制采动影响范围的方法
CN109162731B (zh) 铁矿区深部开采突水注浆治理方法
CN111255463B (zh) 坚硬顶板梳状长钻孔分段压裂巷道变形源头治理方法
CN113175325B (zh) 基于关键层保护的煤与共生砂岩型铀矿协调开采方法
CN112879011B (zh) 一种含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法
CN107120137B (zh) 一种煤巷掘进沿煤层底板深孔预裂爆破抽采方法
CN111075478A (zh) 采掘工作面构造破碎带地面施工预注浆加固工艺
CN111764960B (zh) 一种煤炭开采离层水害防治方法
CN114293989B (zh) 一种近直立巨厚煤层分段水力压裂区域防冲方法
CN112302663B (zh) 一种用于富水砂化白云岩地层隧道的铣爆结合施工方法
CN107313743B (zh) 一种利用煤层气井对煤层底板隔水层薄弱区带修补方法
CN111022050B (zh) 一种注浆改造复合顶板的全闭合爆破卸压及自留巷方法
CN112780276A (zh) 一种注浆改造复合顶板的全闭合爆破卸压结构及自留巷方法
CN115341902B (zh) 一种煤矿工作面围岩侧向闭合帷幕保水采煤方法
CN116771348A (zh) 一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法
CN114278372B (zh) 一种巨厚富含水层井下定向钻孔区域导流布置方法
CN111894672B (zh) 一种采用地面泄水钻孔超前治理采场顶板离层水害的方法
CN111472791B (zh) 喀斯特地貌水利特小断面改扩建隧洞分段爆破洞挖施工工法
CN116816378A (zh) 一种高承压含水层巷道双重卸压围岩结构强化控制方法
He et al. Study on gas control methods optimization for mining safety
CN111677531A (zh) 一种厚煤层旧采残煤复采工作面冒落区的采前处置方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination