【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿开采，尤其涉及多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法及系统。
技术介绍
1、在近距离煤层群上部煤层开采过程中，会留设各类煤柱，用来支撑顶板，保护巷道围岩稳定性，确保矿井安全生产。当工作面回采结束后，大部分保护煤柱受开采条件的影响而留存于采空区。当下煤层开采时，受上覆采空区遗留煤柱应力传递的影响，遗留煤柱下方工作面开采矿压显现异常，易发生冲击地压等事故，严重妨碍了煤矿安全高效生产。
2、针对这一现象，专家学者进行了大量的研究，并提出了一系列的解决方案。例如，爆破和压裂等技术手段来对上层煤柱进行弱化破坏，从而降低应力集中。
3、中国专利公开号cn110714764b公开了一种近距离上覆遗留煤柱卸压方法，该方法通过公式计算确定钻孔位置，然后在现场采用爆破的方式对部分煤体强度进行弱化，但该方法需要使用火药、雷管等易燃易爆物品，并需要专业人员管理，对人身安全和矿井生产存在极大安全隐患。
4、中国专利公开号cn110080771b公开了一种深井高应力大巷煤柱释能改性的方法，该方法首先实施大直径卸压钻孔，释放煤体积聚弹性能。其次，大直径钻孔内进行超高压定点水力压裂进行弱化大巷煤柱。但该方法水力压裂每次只能弱化局部煤柱，工作量大，效率低，且压裂液会对环境造成污染。
5、以上这些方法没有利用矿山压力的作用，更没有针对煤柱破坏特点进行设计，所以导致实施效果不理想，具体表现在：
6、(1)工作量大，效率低。爆破和压裂只是对局部煤柱进行破坏，整体实施工作量大。爆破时，钻孔太深后造成装
7、(2)安全性差。火药、雷管属于易燃易爆物品，需要在井下建设炸药储存室，安排专业人员管理，存在较大安全隐患，且高瓦斯矿井采用该工艺时安全性较差。而压裂过程中，高压管路繁杂，若设备密封不到位，会对工作人员的人身安全造成隐患。
8、(3)环境污染。爆破易造成采空区积气爆炸，会产生大量有害气体。压裂液中含有大量化学添加剂，在压裂过程中，压裂液会污染地下水体，回流到地表面，造成环境的破坏。
9、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的遗留煤柱破坏方法主要是利用矿山压力的作用，并没有针对煤柱破坏特点进行设计，工作量大，效率低，安全性差，会造成环境污染和破坏，进而导致实施效果不理想。
技术实现思路
1、为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法及系统，所述技术方案如下：
2、本专利技术是这样实现的，多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，该方法确定遗留煤柱参数和定向钻机钻孔破坏范围，利用单轴压缩试验确定煤柱弹性核区破坏参数，利用定向钻机钻孔对上覆采空区遗留煤柱弹性区进行网格化局部破坏后，在上覆岩层压力作用下实现整体破坏；具体包括以下步骤：
3、步骤一，收集资料，确定多煤层遗留煤柱参数；
4、步骤二，确定定向钻机钻孔破坏范围；
5、步骤三，利用室内试验确定煤柱弹性核区破坏参数；
6、步骤四，确定现场基本参数，并组织现场施工。
7、步骤一中，通过现场测量、资料查阅和理论计算的方法，确定遗留煤柱宽度b，煤层开采厚度m，采空区宽度d，遗留煤柱埋深h，垮落的采空区高度h，载荷传递系数k，采空区上覆岩层垮落角δ，上覆岩层平均容重γ，煤体的黏聚力c，煤体的内摩擦角煤层与顶底板接触面的摩擦因数f参数。
8、步骤二中，通过确定遗留煤柱所受均布荷载q，弹性核区宽度b1，从而确定定向钻机钻孔破坏范围；
9、
10、
11、b1＝b-2b0
12、
13、式中，q表示遗留煤柱所受均布荷载，p表示单位遗留煤柱长度的载荷，b表示遗留煤柱宽度，k表示载荷传递系数，d表示采空区宽度，h表示遗留煤柱埋深，h表示垮落的采空区高度，δ表示采空区上覆岩层垮落角，γ表示上覆岩层平均容重，b0表示破坏区和塑性区宽度之和，m表示煤层开采厚度，ξ表示三轴应力系数，f表示煤层与顶底板接触面的摩擦因数，c表示煤体黏聚力，表示煤体的内摩擦角，p1表示支架对煤帮的阻力，b1表示弹性核区宽度。
14、步骤三中，利用室内试验确定煤柱弹性核区破坏参数包括：
15、在煤柱弹性区进行钻取岩芯，将岩芯加工成与煤柱相同宽高比的试件进行单轴压缩试验，试验压力与现场煤柱所受均布荷载始终保持一致。
16、进一步，加载过程分别按照一字型样式钻孔和等腰三花眼样式钻孔，通过比较一字型样式钻孔和等腰三花眼样式钻孔时，试件破坏的难易程度、工作量和效率；采用一种方式布置钻孔，并确定钻孔数量、间距和排距参数。
17、进一步，当加载过程中按照一字型样式钻取钻孔时，使用钻头在试件中心位置钻取一个孔，将试件二等分，利用声发射采集系统检测试件是否发生破坏；若试件完好，则使用钻头在试件上等间距钻取两个钻孔，将试件三等分，加压过程中检测试件是否破坏；若试件完好，则使用钻头在试件上等间距钻取三个钻孔，将试件四等分，加压过程中检测试件是否破坏；重复试验步骤，通过增加钻孔数量，缩小钻孔间距，确定一字型样式钻取钻孔，试件在矿山压力下发生破坏时的钻孔数量和钻孔间距。
18、进一步，当加载过程中按照等腰三花眼样式钻取钻孔时，使用钻头在试件上钻取三个钻孔，将试件在宽度方向上四等分，记录钻孔间距和排距，利用声发射采集系统检测试件是否发生破坏；若试件完好，则使用钻头在试件上钻取四个钻孔，将试件在宽度方向上五等分，记录钻孔间距和排距，加压过程中检测试件是否破坏；若试件完好，则使用钻头在试件上钻取五个钻孔，将试件在宽度方向上六等分，记录钻孔间距和排距，加压过程中检测试件是否破坏；重复试验步骤，通过增加钻孔数量，缩小钻孔间距，确定等腰三花眼样式钻取钻孔，试件在矿山压力下发生破坏时的钻孔数量、钻孔间距和排距参数。
19、步骤四中，将室内试验确定的参数，通过等比例放大法应用于现场煤柱，确定现场煤柱的钻孔数量、间距和排距参数。
20、步骤四中，使用矿用定向钻机进行现场施工；布置钻孔前，监测煤柱，施工时，按照确定的现场施工参数从煤柱两侧弹性区同时向中部核心区对煤柱进行钻孔破坏，并通过观察应力检测仪采集的数据确定煤柱的应力集中现象是否解除。
21、本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏系统，该系统包括：
22、多煤层遗留煤柱资料收集模块，用于通过现场测量、资料查阅和理论计算方法确定多煤层遗留煤柱参数；
23、钻孔破坏范围确定模块，用于通过确定遗留煤柱所受均布荷载q，弹性核区宽度b1，确定定向钻机钻孔破坏范围；
24、煤柱弹性核区破坏参数确定模块，用于在煤柱弹性区进行钻取岩芯，利用室本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，该方法确定遗留煤柱参数和定向钻机钻孔破坏范围，利用单轴压缩试验确定煤柱弹性核区破坏参数，利用定向钻机钻孔对上覆采空区遗留煤柱弹性区进行网格化局部破坏后，在上覆岩层压力作用下实现整体破坏；具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，步骤一中，通过现场测量、资料查阅和理论计算的方法，确定遗留煤柱宽度B，煤层开采厚度m，采空区宽度D，遗留煤柱埋深H，垮落的采空区高度h，载荷传递系数K，采空区上覆岩层垮落角δ，上覆岩层平均容重γ，煤体的黏聚力C，煤体的内摩擦角煤层与顶底板接触面的摩擦因数f参数。
3.根据权利要求1所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，步骤二中，通过确定遗留煤柱所受均布荷载q，弹性核区宽度B1，从而确定定向钻机钻孔破坏范围，表达式为；
4.根据权利要求1所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，步骤三中，利用室内试验确定煤柱弹性核区破坏参数包括：
5.根据权利要求4所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在
6.根据权利要求5所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，当加载过程中按照一字型样式钻取钻孔时，使用钻头在试件中心位置钻取一个孔，将试件二等分，利用声发射采集系统检测试件是否发生破坏；若试件完好，则使用钻头在试件上等间距钻取两个钻孔，将试件三等分，加压过程中检测试件是否破坏；若试件完好，则使用钻头在试件上等间距钻取三个钻孔，将试件四等分，加压过程中检测试件是否破坏；重复试验步骤，通过增加钻孔数量，缩小钻孔间距，确定一字型样式钻取钻孔，试件在矿山压力下发生破坏时的钻孔数量和钻孔间距。
7.根据权利要求5所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，当加载过程中按照等腰三花眼样式钻取钻孔时，使用钻头在试件上钻取三个钻孔，将试件在宽度方向上四等分，记录钻孔间距和排距，利用声发射采集系统检测试件是否发生破坏；若试件完好，则使用钻头在试件上钻取四个钻孔，将试件在宽度方向上五等分，记录钻孔间距和排距，加压过程中检测试件是否破坏；若试件完好，则使用钻头在试件上钻取五个钻孔，将试件在宽度方向上六等分，记录钻孔间距和排距，加压过程中检测试件是否破坏；重复试验步骤，通过增加钻孔数量，缩小钻孔间距，确定等腰三花眼样式钻取钻孔，试件在矿山压力下发生破坏时的钻孔数量、钻孔间距和排距参数。
8.根据权利要求1所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，步骤四中，将室内试验确定的参数，通过等比例放大法应用于现场煤柱，确定现场煤柱的钻孔数量、间距和排距参数。
9.根据权利要求1所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，步骤四中，使用矿用定向钻机进行现场施工；布置钻孔前，监测煤柱，施工时，按照确定的现场施工参数从煤柱两侧弹性区同时向中部核心区对煤柱进行钻孔破坏，并通过观察应力检测仪采集的数据确定煤柱的应力集中现象是否解除。
10.一种多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏系统，其特征在于，该系统实施如权利要求1～9任意一项所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，该系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，该方法确定遗留煤柱参数和定向钻机钻孔破坏范围，利用单轴压缩试验确定煤柱弹性核区破坏参数，利用定向钻机钻孔对上覆采空区遗留煤柱弹性区进行网格化局部破坏后，在上覆岩层压力作用下实现整体破坏；具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，步骤一中，通过现场测量、资料查阅和理论计算的方法，确定遗留煤柱宽度b，煤层开采厚度m，采空区宽度d，遗留煤柱埋深h，垮落的采空区高度h，载荷传递系数k，采空区上覆岩层垮落角δ，上覆岩层平均容重γ，煤体的黏聚力c，煤体的内摩擦角煤层与顶底板接触面的摩擦因数f参数。
3.根据权利要求1所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，步骤二中，通过确定遗留煤柱所受均布荷载q，弹性核区宽度b1，从而确定定向钻机钻孔破坏范围，表达式为；
4.根据权利要求1所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，步骤三中，利用室内试验确定煤柱弹性核区破坏参数包括：
5.根据权利要求4所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，加载过程分别按照一字型样式钻孔和等腰三花眼样式钻孔，通过比较一字型样式钻孔和等腰三花眼样式钻孔时，试件破坏的难易程度、工作量和效率；采用一种方式布置钻孔，并确定钻孔数量、间距和排距参数。
6.根据权利要求5所述的多煤层遗留煤柱钻孔卸压破坏方法，其特征在于，当加载过程中按照一字型样式钻取钻孔时，使用钻头在试件中心位置钻取一个孔，将试件二等分，利用声发射采集系统检测试件是否发生破坏；若试件完好，则使用钻头在试件上等间距钻取两个钻孔，将试件三等分，加压过程中检测...
【专利技术属性】
技术研发人员：李光柱，邢闯闯，张志远，姚博，韩明玉，张朝辉，史新帅，宁建国，
申请(专利权)人：鄂尔多斯市昊华精煤有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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