一种冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法技术

本申请涉及一种冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法，包括如下步骤：确定待卸压区域范围；基于所述待卸压区域范围确定卸压钻孔的施工参数，并基于冲击危险区域煤体强度确定割缝施工方案；其中，在割缝施工方案中，在卸压钻孔内实施伞状卸压缝进行卸压。本发明专利技术通过在卸压钻孔内设置伞状裂缝，能够在加大钻孔间距的情况下，实现深部高应力煤体的大范围卸压，达到浅部煤体低密度低强度卸压、深部煤体高密度高强度充分卸压的目的。度高强度充分卸压的目的。度高强度充分卸压的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法


[0001]本申请属于冲击地压煤层卸压防冲
，具体而言涉及一种冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法。

技术介绍

[0002]冲击地压是一种典型的矿山动力现象，具有极大的危害性。这种动力现象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。截至2021年我国生产矿井中鉴定确认冲击地压矿井为144个，至少涉及195个主采煤层，冲击地压矿井的煤炭产量占我国煤炭总产量约12％，冲击地压已经成为制约我们深部煤炭资源安全高效开采主要制约因素。
[0003]目前针对具有冲击地压危险的煤层，卸压防治方法以煤体大直径钻孔卸压、煤层注水、煤体卸压爆破为主。煤层注水卸压解危时效差、煤体卸压爆破具有安全隐患，而煤体大直径钻孔卸压由于其施工的简便性已经冲击地压煤层主要的卸压解危技术方式。煤体大直径钻孔卸压钻孔间距越小、钻孔直径越大，效果越好。然而，由于煤体大直径钻孔卸压的孔径由浅至深保持不变，高密度、大直径钻孔往往对巷帮浅部煤体造成破坏，造成巷道帮部锚杆支护系统失效，加剧了巷道围岩的变形，影响巷道的正常使用。由矿压理论可知，巷道帮部浅部煤体处于塑性状态，不具备积聚弹性应变能的条件，而深部煤体是处于高应力且积聚弹性能的区域，如何能够减小巷帮浅部煤体的卸压密度与强度，同时增大深部煤体的卸压范围与强度，是亟待解决的难题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法，用以解决现有卸压防治方法无法有效实现深部煤体卸压的问题。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]一种冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法，包括如下步骤：
[0007]确定待卸压区域范围；
[0008]基于所述待卸压范围确定卸压钻孔的施工参数，并基于冲击危险区域煤体强度确定割缝施工方案；其中，在割缝施工方案中，在卸压钻孔内实施伞状卸压缝进行卸压。
[0009]进一步地，在确定实施卸压范围前，还包括：基于目标区域内冲击危险区的等级评价结果，确定卸压时机。
[0010]进一步地，按照以下条件确定卸压工程时机：
[0011]对于强冲击危险区，卸压时机为：当强冲击危险区距离工作面不小于300m，且超前工作面60
‑
70天开始实施卸压工程；
[0012]对于中等冲击危险区，卸压时机为：当中等冲击危险区距离工作面200
‑
300m，且超前工作面50
‑
60天开始实施卸压工程；
[0013]对于弱冲击危险区，卸压时机为：当弱冲击危险区距离工作面100
‑
200m，且超前工作面30
‑
40天开始实施卸压工程。
[0014]进一步地，所述确定待卸压区域范围的步骤为：
[0015]在具有冲击危险的煤层工作面巷道内进行应力监测与钻屑监测，根据监测到的数据得到煤体支承压力分布规律并绘制出支承压力曲线，确定支承压力峰值位置以及峰值与巷帮的距离l，则需要实施卸压的待卸压范围L为：
[0016][0017]式中，l为支承压力峰值至巷帮的距离，m。
[0018]进一步地，所述卸压钻孔的施工参数包括卸压钻孔的深度、孔径和间距；根据冲击危险区的等级评价结果，确定卸压钻孔的间距D、深度H和孔径R，具体为：
[0019]强冲击危险的区域：r≤D＜1.5r，R≤42mm，H＝max(l+10,20)m；
[0020]中等冲击危险的区域：1.5r≤D＜2.0r，R≤65mm，H＝max(l+5,15)m；
[0021]弱冲击危险的区域：2.0r≤D＜4.0r，R≤65mm，H＝max(l,15)m；
[0022]其中，r为裂缝平均长度，D为卸压钻孔的间距，H为卸压钻孔的深度，R为卸压钻孔的孔径。
[0023]进一步地，在卸压钻孔内实施伞状卸压缝之前，还包括：获取冲击危险区域的煤体强度R
c
，并基于获取的冲击危险区域的煤体强度R
c
，按照下述条件确定实施割缝的喷嘴直径
[0024]当R
c
≤10MPa，则Φ≥3.0mm；
[0025]当10＜R
c
＜15MPa，则2.0≤Φ＜3.0mm；
[0026]当R
c
≥15MPa，则Φ≤2.0mm。
[0027]进一步地，割缝施工时，利用切割设备在卸压钻孔内由内向外依次施工多组伞状卸压缝，每组伞状卸压缝包括8
‑
12条对称的裂缝，实施过程中通过控制切割时间来控制裂缝长度。
[0028]进一步地，当待卸压区域煤层赋存稳定，无产状变化时，多条裂缝的长度相同；
[0029]当待卸压区域靠近断层构造时，靠近断层构造一侧的裂缝长度大于远离断层构造一侧的裂缝长度；
[0030]当待卸压区域靠近褶曲构造，靠近褶曲构造轴部一侧的裂缝长度大于远离褶曲构造轴部一侧的裂缝长度。
[0031]进一步地，当待卸压区域煤层赋存稳定，无产状变化时，所有裂缝的切割时间为T、切割压力为P；
[0032]若断层落差大于煤层厚度，则靠近断层的一侧，延长切割时间至T1并加大切割压力至P1，T1＝1.3T
‑
1.5T，P1＝1.2P
‑
1.5P；
[0033]若断层落差小于煤层厚度，则靠近断层的一侧，延长切割时间至T3并加大切割压力至P3，T3＝1.8
‑
2T，P3＝1.8P
‑
2P；
[0034]若待卸压区域靠近背斜轴部的一侧，则延长切割时间至T5并加大压力至P5，T5＝
1.5T，P5＝1.2P
‑
1.5P；
[0035]若待卸压区域靠近向斜轴部的一侧，延长切割时间至T7并加大压力至P7，T7＝2T，P7＝1.2P
‑
1.5P。
[0036]进一步地，所述卸压钻孔内相邻两组伞状卸压缝的间距Δl按下式确定：
[0037]冲击危险评价为强冲击危险的区域：Δl≤1.0m；
[0038]冲击危险评价为中等冲击危险的区域：1.0＜Δl≤2.0m；
[0039]冲击危险评价为弱冲击危险的区域：2.0＜Δl≤3.0m。
[0040]进一步地，在伞状卸压缝完成后，在卸压钻孔内部采用高压水流射流继续注水30min。
[0041]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
[0042]a)本专利技术提供的冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法，根据冲击危险评价结果，确定实施卸压的时机；根据支承压力峰值位置，确定伞状卸压的起始位置与范围；根据煤体单轴抗压强度，确定高压水射流喷嘴参数，并确定伞状割缝布置形式；基于孔内切割裂纹长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法，其特征在于，包括如下步骤：确定待卸压区域范围；基于所述待卸压范围确定卸压钻孔的施工参数，并基于冲击危险区域煤体强度确定割缝施工方案；其中，在割缝施工方案中，在卸压钻孔内实施伞状卸压缝进行卸压。2.根据权利要求1所述的冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法，其特征在于，在确定实施卸压范围前，还包括：基于目标区域内冲击危险区的等级评价结果，确定卸压时机。3.根据权利要求2所述的冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法，其特征在于，按照以下条件确定卸压工程时机：对于强冲击危险区，卸压时机为：当强冲击危险区距离工作面不小于300m，且超前工作面60
‑
70天开始实施卸压工程；对于中等冲击危险区，卸压时机为：当中等冲击危险区距离工作面200
‑
300m，且超前工作面50
‑
60天开始实施卸压工程；对于弱冲击危险区，卸压时机为：当弱冲击危险区距离工作面100
‑
200m，且超前工作面30
‑
40天开始实施卸压工程。4.根据权利要求1所述的冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法，其特征在于，所述确定待卸压区域范围的步骤为：在具有冲击危险的煤层工作面巷道内进行应力监测与钻屑监测，根据监测到的数据得到煤体支承压力分布规律并绘制出支承压力曲线，确定支承压力峰值位置以及峰值与巷帮的距离l，则需要实施卸压的待卸压范围L为：式中，l为支承压力峰值至巷帮的距离，m。5.根据权利要求1所述的冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法，其特征在于，所述卸压钻孔的施工参数包括卸压钻孔的深度、孔径和间距；根据冲击危险区的等级评价结果，确定卸压钻孔的间距D、深度H和孔径R，具体为：强冲击危险的区域：r≤D＜1.5r，R≤42mm，H＝max(l+10,20)m；中等冲击危险的区域：1.5r≤D＜2.0r，R≤65mm，H＝max(l+5,15)m；弱冲击危险的区域：2.0r≤D＜4.0r，R≤65mm，H＝max(l,15)m；其中，r为裂缝平均长度，D为卸压钻孔的间距，H为卸压钻孔的深度，R为卸压钻孔的孔径。6.根据权利要求1所述的冲击地压煤层钻孔深部割缝卸压防冲方法，其特征在于，在卸压钻孔内实施伞状卸压缝之前，还包括：获取冲击危险区域的煤体强度R
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑锋，刘思佳，张雷，贺虎，何岗，刘金虎，白宗荣，李兵，梁玉柱，
申请(专利权)人：中国矿业大学江苏国能深井安全开采科技有限公司，
类型：发明
国别省市：