【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及深部软岩巷道卸压，具体涉及一种深部软岩巷道超前钻孔卸压方法。
技术介绍
1、由于煤炭开采深度的加大，巷道维护越来越困难。对于深部软岩巷道，巷道围岩应力升高，松动范围扩大，围岩变形呈现明显的软化特性，巷道持续变形，围岩控制难度极大。
2、长期以来，煤矿中进行巷道维护的主要手段是对巷道进行支护和对围岩进行加固，但在某些困难条件下，尤其是深部软岩巷道，即使对巷道进行加强支护和加固围岩，仍不能有效控制变形。但是，如果采用卸压的方法改变巷道围岩应力分布特征，使巷道处于应力降低区内，可以明显改善巷道的维护状况。现有的卸压技术手段有很多种，如跨巷回采进行巷道卸压、巷道围岩开槽和钻孔松动卸压、利用卸压巷硐进行卸压和提前预采等，其中钻孔卸压是应用最为广泛的。钻孔卸压是利用钻孔空间补偿围岩体积膨胀变形，促使集中应力向深部围岩转移，而周边围岩应力降低，从而保持巷道稳定，可同时起到卸压和限制围岩变形的目的。研究表明，钻孔卸压的效果主要取决于孔径等参数，且孔径越大，其卸压效果越显著。因此，采用大直径钻孔卸压能更有效的控制巷道变形。
3、目前，大直径钻孔卸压方法已经取得了一定的成果，现有研究大都通过室内试验、数值模拟和工程应用等三个方面进行分析，例如，庞立宁[煤层大直径钻孔和顶板预裂孔防冲机理研究及应用[j].煤矿安全，2021，52(9)：183-189.]采用理论分析的方法证明了大卸压钻孔可以改变巷道围岩结构，为弹性应变能耗散提供了空间，使得集中应力向围岩深部转移；贾传洋[大直径钻孔卸压机理室内及数值试验研究[j]
4、另外，公开号为cn108843331b的中国专利技术专利公开了一种等效面积下小直径钻孔联合卸压的方法，使得有效卸压范围得到显著提高，显著降低塌孔、卡孔危险性。但没有考虑卸压钻孔是否会波及巷道预掘轮廓线。公开号为cn110500095b的中国专利技术专利同样公开了一种等效面积下小直径钻孔卸压方法，通过建立矿井等效模拟模型进一步优化了大直径钻孔卸压的设计参数范围，并利用等效面积下小直径钻孔等效替代大直径钻孔，有效规避钻孔孔径过大对煤体稳定性造成严重破坏。但是，多个小直径钻孔的卸压效果没有大直径钻孔的明显。
5、因为，鉴于以上问题，有必要提出一种更为有效的钻孔卸压方法，以提高卸压效果，有效控制巷道围岩变形。
技术实现思路
1、鉴于此，本专利技术公开了一种深部软岩巷道超前钻孔卸压方法，该方法先采用呈圆形排列的多个先置钻孔对前方原始软岩进行钻孔，再以多个钻孔的几何中心为圆心钻贯通钻孔、扩孔，将所有的钻孔贯通形成一个大直径钻孔，且大直径钻孔变形后不波及巷道预掘轮廓线，既避免钻孔直径过大会使软岩失去原有承载能力，造成巷道失稳破坏，又避免了钻孔直径过小无法起到有效的卸压效果，同时避免大型设备无法在有限巷道空间内实现钻孔工作的问题，降低设备的运输难度，施工快捷、方便，所需设备简单容易操作，减少井下劳动人员的数量，有利于提高采矿工作的安全性。
2、根据本专利技术的目的提出的一种深部软岩巷道超前钻孔卸压方法，包括以下步骤：
3、s1：确定巷道围岩变形量；
4、s2：确定先置钻孔、贯通钻孔、扩孔后大直径钻孔参数以及钻孔长度：
5、s21：以钻孔长度l与无钻孔时应力峰值位置l(σp)的比值l/l(σp)作为指标，确定合理的卸压钻孔长度，1≤l/l(σp)<2；
6、s22：根据先置钻孔总容积与巷道围岩变形量相当的原理，确定先置钻孔的直径及个数；
7、s23：根据公式计算先置钻孔周边破碎区半径r1；其中，s为采煤工作面和巷道两帮的孔壁松散系数，k1为钻屑量系数，d为先置钻孔直径；
8、s24：根据公式计算扩孔后大直径钻孔半径；式中，v为围岩变形体积增量，l为钻孔长度，r1为先置钻孔周边破碎区半径，d为先置钻孔直径；
9、s25：根据先置钻孔直径、大直径钻孔半径以及相邻两个先置钻孔之间的间距大于先置钻孔周边破碎区半径、先置钻孔的圆心呈正多边形排列，确定先置钻孔与大直径钻孔的相对位置关系，进而确定相邻两先置钻孔之间的间距；
10、s26：根据公式计算贯通钻孔半径；式中，α为扩孔后大直径钻孔半径，d为先置钻孔直径，r1为先置钻孔周边破碎区半径；
11、s3：计算煤体软化系数k，分析卸压效果；当煤体软化系数k大于0.75，则卸压效果良好，执行步骤s4，否则执行步骤s22，重新确定先置钻孔的直径及个数，直至k值接近或大于0.75；
12、s4：根据s2中所获得的先置钻孔的参数，按照圆形排列的方式对前方原始软岩进行钻孔施工先置钻孔；
13、s5：在呈圆形排列的先置钻孔的几何中心施工半径为d1的贯通钻孔；
14、s6：对贯通钻孔进行扩孔直至与先置钻孔相互贯通，形成一个半径为α的大直径钻孔。
15、优选的，s1中，巷道采用圆形断面，巷道掘进的长度为f，则围岩变形体积增量v＝s×f，围岩变形面积增量s＝π[(a-u0)2-(a-ua)2]，u0为体积应变为0时的巷道周边位移，ua为岩体体积膨胀时巷道周边位移，a为巷道围岩变形后半径；u0、ua可通过以下算式得出：
16、
17、
18、
19、
20、其中，为岩体内摩擦角，p0为原岩应力，c为岩体内聚力，g为剪切模量，rt为圆形巷道破碎区半径，r为塑性区半径，t为破碎区半径与塑性区半径之比，m为岩体剪胀扩容系数，n为岩体膨胀系数。
21、优选的，s22中，先置钻孔总容积的计算公式为v0＝bπ(d/2)2l＝v，式中，v为围岩变形体积增量，l为钻孔长度，d为先置钻孔直径，b为先置钻孔数，且3≤b≤5。
22、优选的，s3中，煤体软化系数k由c.o巴布柯克的煤体软化系数经验公式计算得出：
23、
24、式中，w为先置钻孔之间的煤体宽度；d为先置钻孔直径。
25、与现有技术相比，本专利技术公开的一种深部软岩巷道超前钻孔卸压方法的优点是：
26、(1)本专利技术预先提供与巷道变形相当的超前钻孔空间，供软岩变形和应力释放，通过设置合理的先置钻孔、贯通钻孔参数，确保大直径钻孔引起的孔壁周边变形不波及巷道预掘轮廓线，在卸压的基础上，保持了软本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种深部软岩巷道超前钻孔卸压方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种深部软岩巷道超前钻孔卸压方法，其特征在于，S1中，巷道采用圆形断面，巷道掘进的长度为f，则围岩变形体积增量V＝S×f，围岩变形面积增量S＝π[(a-u0)2-(a-ua)2]，u0为体积应变为0时的巷道周边位移，ua为岩体体积膨胀时巷道周边位移，a为巷道围岩变形后半径；u0、ua可通过以下算式得出：
3.根据权利要求2所述的一种深部软岩巷道超前钻孔卸压方法，其特征在于，S22中，先置钻孔(1)总容积的计算公式为V0＝bπ(d/2)2L＝V，式中，V为围岩变形体积增量，L为钻孔长度，d为先置钻孔(1)直径，b为先置钻孔(1)数，且3≤b≤5。
4.根据权利要求3所述的一种深部软岩巷道超前钻孔卸压方法，其特征在于，S3中，煤体软化系数K由C.O巴布柯克的煤体软化系数经验公式计算得出：
【技术特征摘要】
1.一种深部软岩巷道超前钻孔卸压方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种深部软岩巷道超前钻孔卸压方法，其特征在于，s1中，巷道采用圆形断面，巷道掘进的长度为f，则围岩变形体积增量v＝s×f，围岩变形面积增量s＝π[(a-u0)2-(a-ua)2]，u0为体积应变为0时的巷道周边位移，ua为岩体体积膨胀时巷道周边位移，a为巷道围岩变形后半径；u0、ua可通过以下算式得出：
【专利技术属性】
技术研发人员：张国川，谢昌雄，杨战标，于振子，王旭锋，常泽超，段守德，申成杨，牛积战，薛远航，
申请(专利权)人：平顶山天安煤业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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