JP7477710B2 - 山跳ね坑道の三次予防制御方法 - Google Patents

Description

［相互参照］
本願は、２０２０年１１月２６日に提出された、出願番号が２０２０１１３５４５３０．８であり、発明の名称が「山跳ね坑道の三次予防制御方法」である中国特許出願の優先権を主張し、その全体が参照により本願に組み込まれる。

本願は、坑道施工方法の技術分野に関し、特に山跳ね坑道の三次予防制御方法に関する。

山跳ね（岩跳ね）は、炭鉱の採掘空間内の石炭岩体が弾性エネルギーの瞬時放出により急激に破壊する動力現象であり、石炭岩体の破壊過程に振動、爆音、爆風などの特徴が伴い、破壊性が強く、深部の鉱坑の安全に影響を与える重大な災害の一つである。

応力制御及び衝撃防止サポートは、山跳ね坑道壁岩の制御を実現する２種類の重要な技術手段であり、国内外の学者は上述の面で大量の仕事を展開したが、放圧、サポート及び防護の３つの予防制御手段に対する相互作用メカニズム及び協同予防制御技術に関する研究が不足している。現在、山跳ね坑道は、普通のアンカロッド、Ｕ形鋼、Ｏ型棚等のサポート方法を採用しており、これらのサポート方法は、山跳ねの作用下で全体の不安定破壊が発生しやすく、山跳ね坑道の変形破壊を効果的に制御することができない。

本願は、従来技術において放圧、サポート及び防護の３つの予防制御手段に対する相互作用メカニズム及び協同予防制御技術に関する研究の不足によって予防制御効果が悪いという欠点を解決するための山跳ね坑道の三次予防制御方法を提供する。

本願は、山跳ね坑道の三次予防制御方法を提供し、当該方法は、
坑道を掘削する前に、坑道の上方の厚くて硬い岩層を予め弱化処理することと、
坑道を掘削する時に、プレストレスサポート、放圧及び補強を行うことと、
作業面のストーピングの前に、フロント支持圧力に対して応力移転を行い、前記坑道の周囲に複合エネルギー吸収防護構造を配置することとを含む。

１つの実施形態では、前記した、坑道を掘削する前に、坑道の上方の厚くて硬い岩層を予め弱化処理することは、具体的に、坑道を掘削する前に、長ボアホール領域セグメント化水圧破砕技術を用いて、坑道の上方の厚くて硬い岩層を予め弱化処理することを含む。

１つの実施形態では、前記した、坑道を掘削する時に、プレストレスサポート、放圧及び補強を行うことは、具体的に、坑道を掘削する時に、アンカロッド及び／又はアンカロープによるプレストレスサポート、ケーシング掘削による放圧、及びスラリー注入による補強を行うことを含む。

１つの実施形態では、前記した、作業面のストーピングの前に、フロント支持圧力に対して応力移転を行うことは、具体的に、作業面のストーピングの前に、中、短ボアホール局所水圧破砕技術を用いて、フロント支持圧力に対して応力移転を行うことを含む。

１つの実施形態では、前記した、坑道の周囲に複合エネルギー吸収防護構造を配置することは、具体的に、坑道内に防護ブラケットを設置することと、前記防護ブラケットと坑道壁岩との間に緩衝エネルギー吸収パッド層を充填することとを含む。

１つの実施形態では、前記防護ブラケットの頂梁に衝撃防止エネルギー吸収材料が設けられることを更に含む。

１つの実施形態では、前記防護ブラケットの頂梁及び底梁にヒンジ式三角衝撃防止装置をそれぞれ取り付けることを更に含む。

１つの実施形態では、前記防護ブラケットは、逆「八」字型支柱からフレーム構造を構成する。

本願に係る山跳ね坑道の三次予防制御方法は、坑道壁岩の遠、近場に対して放圧を行うことにより、動的、静的な荷重の面から坑道衝撃エネルギーと受けた応力を低下させ、自発的にサポートすると共に、壁岩構造の再成形技術を合わせることにより、坑道壁岩の自己支持と耐衝撃能力を高め、複合エネルギー吸収防護構造を利用して、坑道空間内のエネルギー散逸能力を高め、最終的に衝撃エネルギーと坑道散逸エネルギーのバランスを実現することができる。本願は、「放圧」、「サポート」、及び「防護」の三者の時空関係を調和することにより、山跳ね坑道のエネルギー散逸過程を、不安定で、無秩序で、制御不能な散逸状態から安定的で、秩序正しく、制御可能な散逸状態に変化させることができる。

以下、本願又は従来技術における技術案をより明確に説明するために、実施形態又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に説明する。勿論、以下に説明する図面は、本願のいくつかの実施形態であり、当業者にとって、創造的な労働を要しない前提で、これらの図面に基づいてその他の図面を更に得ることができる。

図１は、本願に係る山跳ね坑道の三次予防制御方法を用いた概略図である。

以下、本願の目的、技術案及び利点をより明確にするために、本願の図面を参照しながら、本願における技術案を明確かつ完全に説明する。勿論、説明する実施形態は、すべての実施形態ではなく、本願の一部の実施形態に過ぎない。当業者が本願における実施形態に基づいて創造的な労働をしない前提で得られたすべての他の実施形態は、本願の保護範囲に含まれる。

以下、図１を参照しながら本願の山跳ね坑道の三次予防制御方法を説明し、当該方法は、
坑道を掘削する前に、坑道の上方の厚くて硬い岩層（炭層の上方３０～８０メートルの上位硬質天板）を予め弱化処理することと、
坑道を掘削する時に、プレストレスサポート、放圧及び補強を行うことと、
作業面のストーピングの前に、フロント支持圧力に対して応力移転を行い、坑道の周囲に複合エネルギー吸収防護構造を配置することとを含む。

本願に係る山跳ね坑道の三次予防制御方法は、坑道壁岩の遠、近場に対して放圧を行うことにより、動的、静的な荷重の面から坑道衝撃エネルギーと受けた応力を低下させ、自発的にサポートすると共に、壁岩構造の再成形技術を合わせことにより、坑道壁岩の自己支持と耐衝撃能力を高め、複合エネルギー吸収防護構造を利用して、坑道空間内のエネルギー散逸能力を高め、最終的に衝撃エネルギーと坑道散逸エネルギーのバランスを実現することができる。本願は、「放圧」、「サポート」、及び「防護」の三者の時空関係を調和することにより、山跳ね坑道のエネルギー散逸過程を、不安定で、無秩序で、制御不能な散逸状態から安定的で、秩序正しく、制御可能な散逸状態に変化させることができる。

１つの実施形態では、坑道を掘削する前に、坑道の上方の厚くて硬い岩層を予め弱化処理することは、具体的に、坑道を掘削する前に、長ボアホール領域セグメント化水圧破砕技術を用いて、坑道の上方の厚くて硬い岩層を予め弱化処理して、厚くて硬い岩層の完全性と蓄積された弾性エネルギーの放出強度を低下させることを含む。長ボアホール又は地面ボアホールの方式による領域セグメント化水圧破砕技術により、作動圧力は７０Ｍｐａに達し、破砕液の流量は０．６～１．５ｍ^３／ｍｉｎであり、単孔破砕半径は４０ｍより大きく、領域破砕を実施することができ、炭層の上方３０～８０メートルの上位硬質天板を処理し、上部の被覆岩層の崩壊特徴を変化させ、硬い岩層の破壊のエネルギー放出を減少させると共に、厚い層の硬い岩層の回転の影響範囲と伝達の応力を減少させることができる。

１つの実施形態では、坑道を掘削する時に、プレストレスサポート、放圧及び補強を行うことは、具体的に、坑道を掘削する時に、アンカロッド及び／又はアンカロープによるプレストレスサポート、ケーシング放圧ボアホール６の配置、ケーシング掘削による放圧、及びスラリー注入による補強を行うことを含む。本実施形態では、高プレストレス、高強度、高伸び率、及び高衝撃靭性などの特性を持つアンカロッド（ロープ）を採用すると共に、ケーシング掘削による放圧、スラリー注入による補強などの手段を合わせることにより、坑道壁岩の完全性を高め、壁岩の劣化を抑制し、坑道壁岩の変形を効果的に制御し、坑道壁岩自身の耐衝撃能力を高め、そして、鋼製シェッド、緩衝エネルギー吸収パッド層５、及び防護ブラケット７などの防護装備に架設空間を提供する。具体的には、ＣＲＭ７００型のアンカロッドが採用されており、その最大破断荷重は３４０ｋＮ以上に達し、降伏強度は７８０ＭＰａを超え、破断強度は８９０ＭＰａを超え、衝撃吸収仕事は１４５Ｊより大きくて、プレストレス鋼撚り線は、高い伸び率を持つ鋼撚り線を採用し、その直径が２１．８ｍｍであり、１×１９撚り構造であり、引張強度が１７９０ＭＰａを超え、伸び率が８％以上である。

１つの実施形態では、作業面のストーピングの前に、フロント支持圧力に対して応力移転を行うことは、具体的に、作業面のストーピングの前に、中、短ボアホール局所水圧破砕技術を用いて、フロント支持圧力に対して応力移転を行ことを含み、破砕のタイミングとパラメータを決定することにより、フロント支持圧力の正確な移転を実現すると共に、破砕による坑道サポート範囲内の壁岩の破壊を回避する。本実施形態では、中、短ホール局所水圧破砕技術が採用されており、作動圧力は６０Ｍｐａであり、坑内の一般的な硬質天板の破砕のニーズを満たすことができる。長ボアホールセグメント化破砕技術は、主に、坑道の遠場の固い岩層破断により放出された強い衝撃運動エネルギーを除去するために用いられ、短ボアホール破砕技術は、坑道壁岩の近場の高集中応力を移転するために用いられ、山跳ね坑道壁岩に遠、近場の水圧破砕を実施することによって、坑道に衝撃を与える高い静的な荷重と動的な荷重を低減させ、坑道の協同衝撃防止を実現することができる。

１つの実施形態では、坑道の周囲に複合エネルギー吸収防護構造を配置することは、具体的に、坑道内に防護ブラケット７を設置することと、防護ブラケット７と坑道壁岩との間に緩衝エネルギー吸収パッド層５を充填することを含む。本実施形態では、防護ブラケット７と緩衝エネルギー吸収パッド層５を用いて空間防護を行う。防護ブラケット７は、逆「八」字型支柱からフレーム構造を構成し、高さが２６００～４２００ｍｍ、幅が４３０ｍｍ、最初支持力が３０９１ｋＮであり、動作抵抗が４２００ｋＮである。防護ブラケット７の頂梁には衝撃防止エネルギー吸収材料４が設けられており、頂、底板の衝撃によるエネルギーを吸収することができる。防護ブラケット７の頂梁及び底梁には、ヒンジ式三角衝撃防止装置がそれぞれ取り付けられており、頂、底板の衝撃時に頂、底梁が折れるのを防止することができる。防護ブラケット７は、支柱衝撃防止の支柱穴及び高強度の単伸縮衝撃防止立柱の態様を採用しており、支柱の衝撃折れを防止することができる。大流量液制御システムと大流量安全弁は流量弁を素早く開くことで衝撃エネルギーを吸収することができ、最後に、逆「八」字型の支柱配置の態様を採用し、底板の衝撃を防止するのに有利である。坑道の周囲方向に衝撃が発生するため、エネルギー吸収部材を単独で採用する場合、衝撃方向が厳しく要求される。そのため、鋼製シェッド、防護ブラケット７にエネルギー吸収部材を設置することに加えて、鋼製シェッド、防護ブラケット７と壁岩との間に緩衝エネルギー吸収パッド層５を充填することが望ましく、緩衝エネルギー吸収パッド層５は、坑道の周囲の各方向の衝撃運動エネルギーを吸収することができる。緩衝エネルギー吸収パッド層５は、衝撃応力を効果的に減衰させ、衝撃作用時間を延長し、それによって、壁岩とサポート構造に対する衝撃の動的な荷重の破壊効果を減少させることができる。

上記の実施形態に基づいて、本願に係る山跳ね坑道の三次予防制御方法は、坑道放圧衝撃防止手段に基づいて、ケーシング掘削による繰り返し放圧、及びスラリー注入による補強の技術を合わせて、坑道壁岩が急激に劣化する前に壁岩の完全性回復を完成し、プレストレスアンカロッド（ロープ）によるサポートが無効になることを防止し、鋼製シェッド、緩衝エネルギー吸収パッド層５及び防護ブラケット７等の複合エネルギー吸収防護構造を合わせて、「放圧－サポート－防護」の協同予防制御を実現する。

上記の実施形態に基づいて、図１に示すように、本願は、空間と時間上で、長ホール水圧破砕１及び中、短ホール水圧破砕２を合理的に配置して放圧し、坑道の高いサイドへの支持圧力を低下させ、厚い層の硬い岩層に蓄積された高弾性エネルギーの放出形態を改善し、プレストレスアンカネットロープサポート３の技術により壁岩自身の耐変形性と耐衝撃能力を高め、鋼製シェッド、緩衝エネルギー吸収パッド層５及び防護ブラケット７などの複合エネルギー吸収構造を合わせて、坑道空間内のエネルギー散逸能力を高め、最終的に衝撃エネルギーと坑道散逸エネルギーのバランスを実現することができる。「放圧－サポート－防護」の三者の時空関係を科学的に調和することにより、山跳ね坑道のエネルギー散逸過程を、不安定で、無秩序で、制御不能な散逸状態から安定的で、秩序正しく、制御可能な散逸状態に変化させることができる。

なお、上記の実施形態は、本願の技術案を説明するためのものに過ぎず、本願の技術案を限定するためのものではない。上記の実施形態を参照して本願を詳しく説明したが、当業者であれば、依然として上記の各実施形態に記載された技術案を変更し、又はその一部の技術的特徴を等価的に置き換えることができ、これらの変更又は置き換えが、対応する技術案の本質を本願の各実施形態の技術案の趣旨及び範囲から逸脱させるものではないと理解できるはずである。

１．．．長ホール水圧破砕、２．．．中、短ホール水圧破砕、３．．．プレストレスアンカネットロープサポート、４．．．衝撃防止エネルギー吸収材料、５．．．緩衝エネルギー吸収パッド層、６．．．ケーシング放圧ボアホール、７．．．防護ブラケット。

Claims (5)

1. 坑道を掘削する前に、長ボアホール領域セグメント化水圧破砕技術を用いて、坑道の上方の厚くて硬い岩層を予め弱化処理することと、
   坑道を掘削する時に、アンカロッド及び／又はアンカロープによるプレストレスサポート、ケーシング掘削による放圧、及びスラリー注入による補強を行うことと、
   作業面のストーピングの前に、中、短ボアホール局所水圧破砕技術を用いて、フロント支持圧力に対して応力移転を行い、前記坑道の周囲に防護ブラケット及び緩衝エネルギー吸収パッド層により構成される複合エネルギー吸収防護構造を配置することとを含むことを特徴とする山跳ね坑道の三次予防制御方法。
2. 前記した、坑道の周囲に防護ブラケット及び緩衝エネルギー吸収パッド層により構成される複合エネルギー吸収防護構造を配置することは、具体的に、坑道内に前記防護ブラケットを設置することと、前記防護ブラケットと坑道壁岩との間に前記緩衝エネルギー吸収パッド層を充填することとを含むことを特徴とする請求項１に記載の山跳ね坑道の三次予防制御方法。
3. 前記防護ブラケットの頂梁に衝撃防止エネルギー吸収材料が設けられることを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の山跳ね坑道の三次予防制御方法。
4. 前記防護ブラケットの頂梁及び底梁にヒンジ式三角衝撃防止装置をそれぞれ取り付けることを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の山跳ね坑道の三次予防制御方法。
5. 前記防護ブラケットは、逆「八」字型支柱からフレーム構造を構成することを特徴とする請求項２に記載の山跳ね坑道の三次予防制御方法。

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