CN117868825B - 一种煤矿巷道底板矿压防治方法 - Google Patents
一种煤矿巷道底板矿压防治方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种煤矿巷道底板矿压防治方法，具体包括以下步骤：在有冲击危险的巷道底板处设置多组大直径卸压孔组；每组大直径卸压孔组具有第一卸压孔、第二卸压孔；第二卸压孔钻孔下方的岩石底板；当底煤厚度不小于2倍的巷道宽度时，第一卸压孔钻孔垂深不小于10m；当底煤厚度小于2倍的巷道宽度时，第一卸压孔钻孔至岩石底板；巷道底板的开槽中线处设置卸压槽，并将松散体非夯实的填平在卸压槽内；向卸压槽内注水，采用浸润或静压方式将水通过卸压槽、大直径卸压孔组浸润底煤，使得底煤软化卸压。本发明能够增强巷道底板矿压卸压效果，避免单一冲击地压防治措施的不足，有效降低底板型冲击危险，并且适用于对较厚底煤的卸压。
Description
技术领域
本发明涉及冲击地压防治，属于矿山安全开采领域，具体涉及一种煤矿巷道底板矿压防治方法。
背景技术
冲击地压是一种矿山压力的特殊显现形式，通常发生在井巷或采场周围煤岩体中,能够瞬间将聚积在煤岩体中的大量弹性变形能以急剧、猛烈的形式释放，造成煤岩体破坏并产生强烈震动，动力将破碎煤岩抛向井巷采掘空间，发出强烈声响，造成设备损坏、井巷破坏以及人员伤亡等。
煤矿开采过程中为了维持巷道1的稳定性，防止发生坍塌，特意保留一定厚度的煤炭，使其形成巷道1的一部分，以起到支撑和加固作用。然而，当留有的底煤11具有冲击倾向性或存在应力集中时，底煤11或底板可能会发生破坏，从而导致能量瞬间释放，产生冲击地压，给矿井安全带来严重威胁。
目前普遍采用的冲击地压防治解危措施主要有爆破卸压、打大直径卸压孔等方法，但由于不同矿井冲击地压成因和方法的局限性，单一卸压使得冲击地压防治效果较差，不一定能达到理想效果；并且当巷道1中留有较厚底煤11时，底板型冲击地压发生的危险性大大增加，不容易对底煤11进行充分卸压；比如爆破卸压，炸药爆破可能引起矿井巷道1内的冲击波，对巷道1产生扰动，影响巷道1支护的稳定性；打大直径卸压孔，需要投入较多的人力和时间，同时孔洞容易被小块煤岩体堵塞压实，起不到长时间卸压作用。
发明内容
本发明目的在于提供一种煤矿巷道底板矿压防治方法，增强巷道底板矿压卸压效果，避免单一冲击地压防治措施的不足，有效降低底板型冲击危险，并且适用于对较厚底煤的卸压。
为实现上述目的，本一种煤矿巷道底板矿压防治方法，具体包括以下步骤：
S1，对巷道的冲击危险性进行综合评估，确定巷道的冲击危险等级，并对有冲击危险的巷道区域进行巷道底板卸压；
S2，当巷道底板卸压时，在巷道底板的开槽中线处设置大直径卸压孔组；
大直径卸压孔组为多组，并沿着巷道长度方向间隔布置，每组大直径卸压孔组具有第一卸压孔、第二卸压孔；
第一卸压孔沿着巷道长度方向倾斜、且钻孔俯角α为30°-60°；第二卸压孔朝向巷道中心线倾斜、且钻孔俯角β为30°-60°；
S3，第二卸压孔钻孔贯穿底煤、至下方的岩石底板；
当底煤厚度大于或等于2倍的巷道宽度时，第一卸压孔钻孔垂深不小于10m；
当底煤厚度小于2倍的巷道宽度时，第一卸压孔钻孔贯穿底煤、至岩石底板；
S4，巷道底板的开槽中线处沿其长度方向设置卸压槽，并将松散体非夯实的填平在卸压槽内；
S5，向卸压槽内注水，采用浸润或静压方式将水通过卸压槽、大直径卸压孔组浸润底煤，使得底煤软化卸压从而降低发生底板型冲击地压的风险。
进一步的，所述第一卸压孔的钻孔水平间距Lh的计算公式为：
Lh＝2d/sinα
其中，d为浸润半径。
进一步的，所述步骤S3中，第二卸压孔的钻孔深度位于巷道中心线的下方；
第二卸压孔的钻孔深度是La计算公式为：
La＝Lb/cosβ
其中，Lb为巷道底板的开槽中线至巷道中心线的水平距离。
进一步的，所述步骤S5中，底煤软化卸压所注水体积为：
V＝V1+V2+V3
其中，V1为底煤中注水体积，其计算公式为：
V底煤＝A×H×[2(d+R)+2(d+r)sinβ]；
V1＝2％×V底煤；
其中，V底煤为注水软化所影响的底煤固体体积；
A为卸压槽的长度，H为底煤厚度，d为浸润半径，R为第一卸压孔的半径，r为第二卸压孔的半径；
2％为平均增长含水率；
V2为卸压槽内松散体以上的注水体积，其计算公式为：
V2＝A×B×h1
其中，h1为卸压槽内水位线的高度，B为卸压槽的宽度；
V3为卸压槽内松散体中的注水体积，其计算公式为：
V3＝30％×A×B×h2
其中，30％为平均孔隙率，h2为卸压槽内松散体的高度。
进一步的，所述卸压槽布置在巷道工作面一侧，距煤帮的距离为0.5-1m，且宽度为巷道宽度的18％-25％，深度大于巷道宽度的30％。
进一步的，所述步骤S2中第二卸压孔的钻孔位置为卸压槽深度的10％处。
进一步的，所述步骤S4中松散体为矸石或松散煤。
与现有技术相比，本一种煤矿巷道底板矿压防治方法通过浸润或静压方式向卸压槽内注水，避免水管直接插入巷道底板中，影响巷道的正常使用；水透过卸压槽、以及大直径卸压孔组，不断浸润底部煤岩体，即软化底煤岩层，降低煤岩体中积聚的能量，同时卸压槽内填充的松散体能够防止大直径卸压孔组被压实，大大增加第一卸压孔、第二卸压孔的使用时效；大直径卸压孔组初步卸压，卸压槽和静压注水增强卸压效果，最终实现卸压槽卸压、大直径孔卸压组和静压注水卸压三种卸压措施的综合利用，增强巷道底板矿压卸压效果，避免单一冲击地压防治措施的不足，降低底板型冲击危险；另外卸压槽兼作排水沟，排水的同时起到浸润弱化底煤的作用；
第一卸压孔的钻孔深度由底煤厚度确定，第二卸压孔始终贯穿底煤至岩石底板处，能够适用于底煤厚度过大且进行充分卸压，当第一卸压孔以及第二卸压孔穿过底煤到达坚硬岩层时，能够大大降低巷道底板的冲击地压；
通过底煤中注水体积V1、卸压槽内松散体以上的注水体积V2、卸压槽内松散体中的注水体积V3三部分注水体积相加，得到注水软化底煤卸压发挥作用时的参考体积，能够对软化底煤卸压所注水体积进行控制，方便进行施工，避免注水过多而造成巷道底板强度和稳定性的下降。
附图说明
图1是本发明的整体主视图；
图2是本发明的局部俯视图；
图3是本发明的局部左视图；
图中：1、巷道，2、煤帮，3、巷道顶板，4、巷道底板，5、卸压槽，6、第一卸压孔，7、松散体，8、第二卸压孔，9、巷道中心线，10、开槽中线，11、底煤；
Lh为钻孔水平间距，Ld为钻孔轴线间距；
α为第一卸压孔的钻孔俯角，β为第二卸压孔的钻孔俯角。
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。
如图1、图2、图3所示，本一种煤矿巷道底板矿压防治方法，具体包括以下步骤：
S1，对巷道1的冲击危险性进行综合评估，确定巷道1的冲击危险等级，并对有冲击危险的巷道1区域进行巷道底板4卸压；
具体的，巷道底板为矿山的巷道底部，与巷道顶板3相对，且均需要进行加固或处理，以确保底板的稳定性和安全性；
根据地质条件和技术条件对巷道1的冲击危险性进行综合评估，采用综合指数法确定巷道1的冲击危险等级，评价有冲击危险的巷道1区域，设计方案进行巷道底板4卸压，即根据多因素耦合分析法，由开采技术条件中的影响因素、因素条件和区域划分，确定冲击地压危险等级，比如不同等级冲击危险区域包括无冲击地压危险区域、弱冲击地压危险区域、中等冲击地压危险区域和强冲击地压危险区域，弱、中等和强冲击地压危险区域均为需要进行巷道底板4卸压的区域；
S2，在巷道底板4的开槽中线10处设置大直径卸压孔组；
大直径卸压孔组为多组，并沿着巷道1长度方向间隔布置，每组大直径卸压孔组具有第一卸压孔6、第二卸压孔8；
第一卸压孔6沿着巷道1长度方向倾斜、且钻孔俯角α为30°-60°；第二卸压孔8朝向巷道中心线9倾斜、且钻孔俯角β为30°-60°；
具体的，钻孔俯角为钻孔轴线与水平面之间夹角；
第一卸压孔6、第二卸压孔8的钻孔轴线相交、且均倾斜布置，不仅便于井下人员施工，即当底煤11开采或钻孔时，能够及时透过钻孔排出煤屑，而且与较为垂直钻孔相比，相同底板每层厚度下钻孔深度增加，卸压效果增强；
S3，第二卸压孔8朝向巷道中心线9并钻孔贯穿底煤11、至下方的岩石底板；
当底煤11厚度大于或等于2倍的巷道1宽度时，第一卸压孔6钻孔垂深不小于10m；
当底煤11厚度小于2倍的巷道1宽度时，第一卸压孔6钻孔贯穿底煤11、至岩石底板；
第一卸压孔6的钻孔深度由底煤11厚度确定，第二卸压孔8始终贯穿底煤11至岩石底板处，能够适用于底煤11厚度过大且进行充分卸压，当第一卸压孔6以及第二卸压孔8穿过底煤11到达坚硬岩层时，能够大大降低巷道底板4的冲击地压；
S4，巷道底板4的开槽中线10处沿其长度方向设置卸压槽5，并将松散体7非夯实的填平在卸压槽5内；
具体的，在步骤S2、S3中大直径卸压孔组施工后，根据开槽工艺确定危险区域巷道底板4处卸压槽5的开槽尺寸，这种先进行大直径卸压孔组的钻孔、再进行卸压槽5施工的方式，可有效避免因先开槽后打孔所造成钻杆悬空过长而产生的安全问题；
松散体7可为矸石或松散煤等，比如当松散体7为松散煤、并非夯实的填平在卸压槽5内时、将形成煤泥层；
S5，向卸压槽5内注水，采用浸润或静压方式将水通过卸压槽5、大直径卸压孔组浸润底煤11使得底煤11软化卸压，从而降低发生底板型冲击地压的风险。
本一种煤矿巷道底板矿压防治方法，通过浸润或静压方式向卸压槽5内注水，避免水管直接插入巷道底板4中，影响巷道1的正常使用；水透过卸压槽5、以及大直径卸压孔组，不断浸润底部煤岩体，即软化底煤11岩层，降低煤岩体中积聚的能量，同时卸压槽5内填充的松散体7能够防止大直径卸压孔组被压实，大大增加第一卸压孔6、第二卸压孔8的使用时效；大直径卸压孔组初步卸压，卸压槽5和静压注水增强卸压效果，最终实现卸压槽5卸压、大直径孔卸压组和静压注水卸压三种卸压措施的综合利用，增强巷道底板4矿压卸压效果，避免单一冲击地压防治措施的不足，降低底板型冲击危险；
另外卸压槽5不仅可作为一种矿压防治措施，当巷道1需进行排水工作时，卸压槽5可兼作排水沟，进一步的为延长使用时间可对卸压槽5进行整平工作，即就地可采用松动的底煤11整平，排水的同时起到浸润弱化底煤11的作用。
优选方案中，步骤S2中，相邻大直径卸压孔组的钻孔轴线间距为钻孔中水浸润半径的2倍；
具体的，相邻大直径卸压孔组的钻孔轴线间距分别包括相邻第一卸压孔6的轴线距离、相邻第二卸压孔8的轴线距离，并设定均为Ld；
浸润半径d的确定依据是，沿垂直于钻孔轴线方向，按照具体的间隔长度取样煤岩体测定含水率，当取样点含水率与未注水区域含水率相比，增长大于2％即表明取样点至钻孔距离小于浸润半径；当取样点含水率与未注水区域含水率相比，平均增长2％即表明取样点与钻孔轴线的距离即为浸润半径d；
进一步的，第一卸压孔6的钻孔水平间距Lh由钻孔水浸润半径d和钻孔俯角α确定，其计算公式为：
Lh＝2d/sinα
进一步的，步骤S3中，第二卸压孔8的钻孔深度位于巷道中心线9的下方；
即第二卸压孔8的钻孔深度由钻孔俯角β、巷道底板4的开槽中线10至巷道中心线9的水平距离Lb的共同决定，第二卸压孔8的钻孔深度是La计算公式为：
La＝Lb/cosβ
优选方案中，步骤S5中，可通过水管向卸压槽5内注水，其水管处设有流量计；
根据注水体积来判断注水软化底煤11卸压发挥作用，即底煤11软化卸压所注水体积为：
V＝V1+V2+V3
具体的，将底煤11中注水体积V1、卸压槽5内松散体7以上的注水体积V2、卸压槽5内松散体7中的注水体积V3三部分注水体积相加，得到注水软化底煤11卸压发挥作用时的参考体积；
其中，V1为底煤11中注水体积，其计算公式为：
V底煤＝A×H×[2(d+R)+2(d+r)sinβ]；
V1＝2％×V底煤；
其中，V底煤为注水软化所影响的底煤11固体体积；
A为卸压槽5的长度，H为底煤11厚度，d为浸润半径，R为第一卸压孔6的半径，r为第二卸压孔8的半径；
2％为平均增长含水率；
V2为卸压槽5内松散体7以上的注水体积，其计算公式为：
V2＝A×B×h1
其中，h1为卸压槽5内水位线的高度，B为卸压槽5的宽度；
V3为卸压槽5内松散体7中的注水体积，其计算公式为：
V3＝30％×A×B×h2
其中，30％为平均孔隙率，h2为卸压槽5内松散体7的高度；
进一步的，步骤S2中第二卸压孔8的钻孔位置为卸压槽5深度的10％处；
进一步的，卸压槽5布置在巷道1工作面一侧，距煤帮2的距离为0.5-1m，且宽度为巷道1宽度的18％-25％，深度大于巷道1宽度的30％；
这种布置方式能够降低因开槽过深导致帮部支护失效的风险；
实施例
根据地质及开采技术因素分析，确定煤矿巷道1潜在矿压显现类型为底板型冲击地压或底板型强矿压；
由开采技术条件中的影响因素、因素条件和区域划分，确定冲击地压危险等级，进而确定需要进行底板矿压防治的区域；
将卸压槽5布置在靠近煤帮2的巷道1边侧，距煤帮2距离0.5-1m，宽度为巷道1宽度的20％，深度为巷道1宽度的40％，此时巷道1能处于有效支护范围内且可取得较好的防冲卸压及巷道1围岩控制效果；
可根据区域冲击危险性、底煤11的浸润半径、煤岩体含水率、钻孔俯角等参数，确定大直径卸压孔组的参数，即相邻大直径卸压孔组的钻孔水平间距为2-3m，第一卸压孔6、第二卸压孔8的直径为100mm-200mm；第一卸压孔6的钻孔俯角α为45°，第二卸压孔8的钻孔俯角β为30°-60°、钻孔水平间距为2-3m；
第二卸压孔8自卸压槽5深度的10％位置处，朝向巷道中心线9并钻孔贯穿底煤11、至下方的岩石底板；当底煤11厚度大于或等于2倍的巷道1宽度时，第一卸压孔6钻孔垂深不小于10m；当底煤11厚度小于2倍的巷道1宽度时，第一卸压孔6钻孔贯穿底煤11、至岩石底板；
在对应卸压槽5区域内使用巷道1卧底机施工卸压槽5，严格按照设计挖出卸压槽5并清理底板，防止第一卸压孔6、第二卸压孔8发生堵塞。卸压槽5底部用松软的煤泥或岩土等松散体7进行整平，同时可作为排水沟使用，起到巷道1排水的作用；
将巷道1内水管放置在卸压槽5内、并注水至卸压槽5，水能够通过卸压槽5底部松散体7和大直径卸压孔组达到煤层底板下方，通过水对巷道1底部煤岩体不断浸润侵入，达到软化煤体、降低积聚能量的目的，实现冲击地压防治的目标。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种煤矿巷道底板矿压防治方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1，对巷道（1）的冲击危险性进行综合评估，确定巷道（1）的冲击危险等级，并对有冲击危险的巷道（1）区域进行巷道底板（4）卸压；
S2，当巷道底板（4）卸压时，在巷道底板（4）的开槽中线（10）处设置大直径卸压孔组；
大直径卸压孔组为多组，并沿着巷道（1）长度方向间隔布置，每组大直径卸压孔组具有第一卸压孔（6）、第二卸压孔（8）；
第一卸压孔（6）沿着巷道（1）长度方向倾斜、且钻孔俯角为30°-60°；第二卸压孔（8）朝向巷道中心线（9）倾斜、且钻孔俯角β为30°-60°；
S3，第二卸压孔（8）钻孔贯穿底煤（11）、至下方的岩石底板；
当底煤（11）厚度大于或等于2倍的巷道（1）宽度时，第一卸压孔（6）钻孔垂深不小于10m；
当底煤（11）厚度小于2倍的巷道（1）宽度时，第一卸压孔（6）钻孔贯穿底煤（11）、至岩石底板；
S4，巷道底板（4）的开槽中线（10）处沿其长度方向设置卸压槽（5），并将松散体（7）非夯实的填平在卸压槽（5）内；
S5，向卸压槽（5）内注水，采用浸润或静压方式将水通过卸压槽（5）、大直径卸压孔组浸润底煤（11），使得底煤（11）软化卸压从而降低发生底板型冲击地压的风险；
所述步骤S5中，底煤（11）软化卸压所注水体积为：
V=V1+V2+V3
其中，V1为底煤（11）中注水体积，其计算公式为：
V底煤=A×H×[2(d+R)+2(d+r)sinβ]；
V1=2%×V底煤；
其中，V底煤为注水软化所影响的底煤（11）固体体积；
A为卸压槽（5）的长度，H为底煤（11）厚度，d为浸润半径，R为第一卸压孔（6）的半径，r为第二卸压孔（8）的半径；
2%为平均增长含水率；
V2为卸压槽（5）内松散体（7）以上的注水体积，其计算公式为：
V2=A×B×h1
其中，h1为卸压槽（5）内水位线的高度，B为卸压槽（5）的宽度；
V3为卸压槽（5）内松散体（7）中的注水体积，其计算公式为：
V3=30%×A×B×h2
其中，30%为平均孔隙率，h2为卸压槽（5）内松散体（7）的高度。
2.据权利要求1所述的一种煤矿巷道底板矿压防治方法，其特征在于，所述第一卸压孔（6）的钻孔水平间距L h 的计算公式为：
，其中，d为浸润半径。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿巷道底板矿压防治方法，其特征在于，所述步骤S3中，第二卸压孔（8）的钻孔深度位于巷道中心线（9）的下方；
第二卸压孔（8）的钻孔深度为L a ，L a 的计算公式为：
L a =L b /cosβ
其中，
L b 为巷道底板（4）的开槽中线（10）至巷道中心线（9）的水平距离。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种煤矿巷道底板矿压防治方法，其特征在于，所述卸压槽（5）布置在巷道（1）工作面一侧，距煤帮（2）的距离为0.5-1m，且宽度为巷道（1）宽度的18%-25%，深度大于巷道（1）宽度的30%。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种煤矿巷道底板矿压防治方法，其特征在于，所述步骤S2中第二卸压孔（8）的钻孔位置为卸压槽（5）深度的10%处。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的一种煤矿巷道底板矿压防治方法，其特征在于，所述步骤S4中松散体（7）为矸石或松散煤。
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