一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法技术

本发明专利技术公开了一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，主要针对深部巷道两帮发生持续大变形与支护系统损毁而不得不一直扩刷整修保障巷道功能，维护成本大幅增加。本发明专利技术方法是在巷道两帮深部区域布置与巷道轴向方向平行的大型卸压孔洞群，可使围岩变形能部分释放和两帮支承应力峰值向深部大幅转移，同时为深部煤体持续向巷道空间运移提供较大补偿空间；卸压孔洞是在巷道两侧布置钻场施工不同数量与方式的钻孔，并通过径向水力射流或机械扩孔等方式实现不同直径的孔洞。在巷道两帮设置受力与变形监测系统，当受力与变形增加，即孔洞群闭合后，再次实施卸压孔洞群，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制，大幅降低了巷道维护工程量和费用。

A pressure relief and monitoring method for continuous large deformation of coal wall in deep roadway

【技术实现步骤摘要】
一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法
本专利技术属于煤矿开采领域，涉及一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法。
技术介绍
目前，我国煤炭开采已进入深部开采，深部高应力、软煤等复杂地质生产条件下存在着巷道两帮持续大变形、支护系统损毁等控制难题。现有控制巷道围岩变形较有效的支护方式是注浆加固、钢管混凝土支护，在深部高应力等复杂条件下注浆加固只能在短时间内控制巷道两帮变形；钢管混凝土支护能在一定程度上有效解决了巷道连续整修问题，但造价昂贵且最终避免不了被两帮持续大变形挤压破坏，钢管混凝土支护系统一旦损坏，其支撑性能立刻大幅降低，并迅速失效，当巷道支护不能有效的控制巷道持续大变形时，则需对持续大变形巷道卸压，以此来解决巷道持续大变形、支护系统损毁等控制难题。传统的巷道卸压方式有松动爆破、开巷卸压、开采解放层和开挖卸压槽等。其中，开挖卸压槽最为普遍，在开挖卸压槽时，卸压槽垂直巷道或与巷道斜交，卸压槽布置在巷道锚固范围内，此种卸压方式有如下缺点与不足：（1）在深部高应力、软煤等复杂地质生产条件下煤巷持续大变形将卸压槽逐渐压缩闭合，致使卸压槽失去卸压作用；（2）当卸压槽失去作用，再补打卸压槽必定会使巷道围岩破碎，增加了巷道支护难度；（3）卸压槽垂直或斜交煤巷，布置在巷道锚固范围内，当卸压槽较多、直径较大时将会破坏巷道原有的支护系统，加剧巷道围岩变形；（4）此种卸压并不能长时有效监测与控制巷道围岩变形，在巷道应力升高和变形时并不能及时的卸压。可见，提出一种使用方便快捷、造价低廉，应对深部高应力、软煤等复杂地质生产条件下巷道两帮持续大变形、支护系统损毁等控制难题的方法对于矿井安全生产意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有的技术问题，提供一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，该方法能实现在深部煤巷内部卸压，降低巷道围岩所处应力环境或改变巷道围岩应力分布，使支承压力峰值向围岩深部转移，并为深部煤岩体持续蠕变变形提供较大的补偿空间，同时利用受力与变形监测系统，当受力与变形增加或孔洞群明显出现闭合时，再次实施卸压孔洞群，实现深部煤巷围岩长时有效监测与控制，能有效控制巷道两帮持续大变形。本专利技术采用的技术方案是：一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，包括卸压孔洞群、钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统和巷道两帮位移量监测系统，利用卸压孔洞群解决深部巷道煤帮持续大变形问题，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统组成受力与变形监测系统；所述钻孔应力监测系统是由若干个布置在巷帮中部的钻孔应力计组成，锚索应力监测系统是由若干个布置在锚索槽钢与锚索托盘间的液压枕组成，巷道两帮位移量监测系统是由若干个十字交叉测点组成，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统先于卸压孔洞群布置，监测巷道前期的应力以及监测布置卸压孔洞群后的应力，且同时用十字交叉法测量卸压前后的巷道位移量的变化，通过卸压前后的应力与变形对比，评价卸压孔洞群的卸压效果及程度，也为是否需要进一步卸压提供依据，当受力与变形系统中的钻孔应力计与液压枕的应力升高，且两帮位移量增加时，则需进一步卸压；卸压孔洞群在巷道两帮深部区域内并与巷道轴向方向平行，卸压孔洞群由多种直径不同的孔洞组成且有多种布置方式，卸压孔洞群的布置可使围岩变形能部分释放和两帮支承应力峰值向深部大幅转移，同时为深部煤体持续向巷道两帮运移提供较大补偿空间；具体的实施方法及步骤为：步骤一，在深部巷道中部垂直煤帮安装钻孔应力计，安装的钻孔应力计长度为a，钻孔应力计间距为b，钻孔应力计覆盖整个深部巷道，通过多个钻孔应力计构建钻孔应力监测系统，长时有效监测巷道锚固范围的应力状态；步骤二，在巷道锚索槽钢与锚索托盘间安装液压枕，液压枕间距为c，液压枕覆盖整个深部巷道，通过多个液压枕构建锚索应力监测系统，长时有效监测锚索的受力情况；步骤三，在深部巷道煤帮处布置十字交叉测点，采用十字交叉法监测巷道两帮位移量，其中相邻测点位置间距为e，通过多个十字交叉测点构建巷道两帮位移量监测系统，长时有效监测巷道两帮位移量情况；步骤四，在深部巷道煤帮深部区域布置卸压孔洞群，卸压孔洞群根据扩孔直径的大小分为小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞，小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞是通过水力射流或机械扩孔的方式在一段距离内对卸压孔洞扩孔，形成间隔差异卸压孔洞；小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞的未扩孔段的孔洞直径相同为d1；在靠近巷帮处扩孔时，则在巷帮相邻锚索间扩孔，通过增加扩孔段的孔洞直径，提高未有锚索支护段的卸压强度，远离巷帮时则与上一间隔差异卸压孔洞的扩孔段进行交叉布置，增强上一间隔差异卸压孔洞未扩孔段卸压效果；所述的小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞主要有三种布置方式：①当深部巷道煤帮持续变形不严重，需让压空间较小时，卸压孔洞群的钻孔直径不需太大，卸压孔洞数较少，则卸压孔洞布置方式为单排或单列布置,当单排设置时，靠近锚固边界的设置小直径间隔差异卸压孔洞，远离锚固边界的设置大直径间隔差异卸压孔洞；当单列设置时，设置小直径间隔差异卸压孔洞，且靠近锚固边界设置；②当深部巷道煤帮持续变形严重，让压空间较大时，在离锚固边界较近让压需缓，布置小直径间隔差异卸压孔洞；在远离锚固端则布置大直径间隔差异卸压孔洞，卸压孔洞布置方式为以小直径间隔差异卸压孔洞或大直径间隔差异卸压孔洞为顶角构成等腰三角形布置，让靠近锚固边界的卸压缓和；③当深部巷道煤帮持续变形特别严重，采用较大的直径卸压孔洞，卸压孔洞数较少会造成卸压剧烈，卸压不可控，如采用较小的卸压孔洞直径与较多的卸压孔洞数，卸压环境较好，卸压缓和，通过缩小卸压孔洞直径与增加数量使得卸压可控，在离锚固边界较近处布置小直径间隔差异卸压孔洞；在远离锚固端则布置大直径间隔差异卸压孔洞，采用矩形布置方式。进一步的，深部巷道煤帮区域内的卸压孔洞群的布置根据现场煤帮的变形情况确定，当巷道煤帮一侧持续变形严重，则在巷道变形严重的一帮布置大型卸压孔洞群；当巷道煤帮持续变形不对称时，则根据变形情况对巷道两帮的卸压孔洞群进行不对称布置，煤巷持续变形严重的一帮卸压孔洞直径较大，卸压孔洞数量较多，煤巷持续变形不严重的一帮卸压孔洞直径较小，卸压孔洞数量较少，当煤巷两帮持续变形都严重，则卸压孔洞群的孔洞布置方式根据现场情况确定。进一步的，所述的钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统共同组成巷道受力与变形监测系统，长时有效的监测巷道围岩应力及变形，在巷道围岩应力显著增加，巷道两帮位移量增加或明显能看到卸压孔洞闭合时，则在原卸压孔洞位置上再次扩孔或在另一位置重新补打卸压孔洞，及时的对巷道卸压，长时有效的保护巷道，控制巷道持续大变形。进一步的，钻孔应力计间距b与液压枕间距c根据深部巷道煤帮变形情况确定进行分段不同间距布置，即在巷道围岩持续变形严重段钻孔应力计间距b与液压枕间距c减小，道围岩持续变形不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，包括卸压孔洞群、钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统和巷道两帮位移量监测系统，利用卸压孔洞群解决深部巷道煤帮持续大变形问题，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统组成受力与变形监测系统；所述钻孔应力监测系统是由若干个布置在巷帮中部的钻孔应力计组成，锚索应力监测系统是由若干个布置在锚索槽钢与锚索托盘间的液压枕组成，巷道两帮位移量监测系统是由若干个十字交叉测点组成，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统先于卸压孔洞群布置，监测巷道前期的应力以及监测布置卸压孔洞群后的应力，且同时用十字交叉法测量卸压前后的巷道位移量的变化，通过卸压前后的应力与变形对比，评价卸压孔洞群的卸压效果及程度，也为是否需要进一步卸压提供依据，当受力与变形系统中的钻孔应力计与液压枕的应力升高，且两帮位移量增加时，则需进一步卸压；卸压孔洞群在巷道两帮深部区域内并与巷道轴向方向平行，卸压孔洞群由多种直径不同的孔洞组成且有多种布置方式，卸压孔洞群的布置可使围岩变形能部分释放和两帮支承应力峰值向深部大幅转移，同时为深部煤体持续向巷道两帮运移提供较大补偿空间；具体的实施方法及步骤为：/n步骤一：在深部巷道中部垂直煤帮安装钻孔应力计，安装的钻孔应力计长度为...

【技术特征摘要】
1.一种用于深部巷道煤帮持续大变形的卸压与监控方法，包括卸压孔洞群、钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统和巷道两帮位移量监测系统，利用卸压孔洞群解决深部巷道煤帮持续大变形问题，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统组成受力与变形监测系统；所述钻孔应力监测系统是由若干个布置在巷帮中部的钻孔应力计组成，锚索应力监测系统是由若干个布置在锚索槽钢与锚索托盘间的液压枕组成，巷道两帮位移量监测系统是由若干个十字交叉测点组成，钻孔应力监测系统、锚索应力监测系统与巷道两帮位移量监测系统先于卸压孔洞群布置，监测巷道前期的应力以及监测布置卸压孔洞群后的应力，且同时用十字交叉法测量卸压前后的巷道位移量的变化，通过卸压前后的应力与变形对比，评价卸压孔洞群的卸压效果及程度，也为是否需要进一步卸压提供依据，当受力与变形系统中的钻孔应力计与液压枕的应力升高，且两帮位移量增加时，则需进一步卸压；卸压孔洞群在巷道两帮深部区域内并与巷道轴向方向平行，卸压孔洞群由多种直径不同的孔洞组成且有多种布置方式，卸压孔洞群的布置可使围岩变形能部分释放和两帮支承应力峰值向深部大幅转移，同时为深部煤体持续向巷道两帮运移提供较大补偿空间；具体的实施方法及步骤为：
步骤一：在深部巷道中部垂直煤帮安装钻孔应力计，安装的钻孔应力计长度为a，钻孔应力计间距为b，钻孔应力计覆盖整个深部巷道，通过多个钻孔应力计构建钻孔应力监测系统，长时有效监测巷道锚固范围的应力状态；
步骤二，在巷道锚索槽钢与锚索托盘间安装液压枕，液压枕间距为c，液压枕覆盖整个深部巷道，通过多个液压枕构建锚索应力监测系统，长时有效监测锚索的受力情况；
步骤三：在深部巷道煤帮处布置十字交叉测点，采用十字交叉法监测巷道两帮位移量，其中相邻测点位置间距为e，通过多个十字交叉测点构建巷道两帮位移量监测系统，长时有效监测巷道两帮位移量情况；
步骤四：在深部巷道煤帮深部区域布置卸压孔洞群，卸压孔洞群根据扩孔直径的大小分为小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞，小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞是通过水力射流或机械扩孔的方式在一段距离内对卸压孔洞扩孔，形成间隔差异卸压孔洞；小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞的未扩孔段的孔洞直径相同为d1；在靠近巷帮处扩孔时，则在巷帮相邻锚索间扩孔，通过增加扩孔段的孔洞直径，提高未有锚索支护段的卸压强度，远离巷帮时则与上一间隔差异卸压孔洞的扩孔段进行交叉布置，增强上一间隔差异卸压孔洞未扩孔段卸压效果；
所述的小直径间隔差异卸压孔洞与大直径间隔差异卸压孔洞主要有三种布置方式：
①当深部巷道煤帮持续变形不严重，需让压空间较小时，卸压孔洞群的钻孔直径不需太大，卸压孔洞数较少，则卸压孔洞布置方式为单排或单列布置,当单排设置时，靠近锚固边界的设置小直径间隔差异卸压孔洞，远离锚固边界的设置大直径间隔差异卸压孔洞；当单列设置时，设置小直径间隔差异卸压孔洞，且靠近锚固边界设置；
②当深部巷道煤帮持续变形严重，让压空间较大时，在离锚固边界较近让压需缓，布置小直径间隔差异卸压孔洞；在远离锚固端则布置大直径间隔差异卸压孔洞，卸压孔洞布置方式为以小直径间隔差异卸压孔洞或大直径间隔差异卸压孔洞为顶角构成等腰三角形布置，让靠近锚固边界的卸压缓和；
③当深部巷道煤帮持续变形特别严重，采用较大的直径卸压孔洞，卸压孔洞数较少会造成卸压剧烈，卸压不可控，如采用较小的卸压孔洞...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢生荣，陈冬冬，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11