基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法，包括：针对需要进行切顶卸压的瓦斯治理巷及其工作面进行现场矿压测试，根据关键层理论推导出覆岩关键层分布特征；确定工作面基本顶层位及工作面周期来压情况；结合矿井工作面地质资料，确定该工作面远场顶板瓦斯治理巷所处岩层层位，明确对该工作面远场顶板瓦斯治理巷矿压显现有影响的远场关键岩层层位，根据覆岩关键层分布特征确定爆破卸压层位；采用矿用钻机于工作面顺槽顶板中部向工作面顶板开孔；开孔后根据1

【技术实现步骤摘要】
基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法


[0001]本专利技术涉及深部矿井巷道围岩变形控制
，更具体的说是涉及一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法。

技术介绍

[0002]瓦斯突出问题是制约深部煤炭资源安全高效开采的重要影响因素，针对瓦斯积聚及突出等问题，现阶段通常采用抽排、抽采等手段进行有效治理，因此，保障瓦斯治理巷的长期稳定留存是煤矿深部安全高效开采的重要保障。瓦斯高抽巷位于工作面侧向顶板中，当其上方存在坚硬顶板时，工作面开采后，其坚硬顶板以简支梁或悬臂梁的形式存在，受工作面强采动及顶板来压综合影响，巷道围岩变形失稳破坏严重，无法达到规程规范规定的使用要求，严重影响瓦斯抽采治理工作，制约了煤矿的安全高效开采。目前，针对高抽巷围岩控制技术方面的研究主要集中在锚杆(索)支护体系方面，对于远场卸压方面的研究较少；然而，受工作面强采动及坚硬顶板来压综合影响，以锚杆(索)支护为核心的支护体系难以有效控制巷道围岩的变形，
[0003]因此，通过远场卸压阻断采动应力向巷道围岩的传递和减少巷道顶板压力，对巷道围岩的稳定有着极其重要的意义。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法，旨在解决上述技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法，包括以下具体步骤：
[0007]S1、根据工作面的煤层地质条件及开采工艺，对需要进行切顶卸压的远场瓦斯治理巷及其工作面进行分析，明确工作面覆岩分布特征，通过现场矿压测试及关键层理论推导出覆岩关键层分布情况，确定工作面的基本顶层位，明确工作面周期来压情况；
[0008]S2、结合工作面地质资料，确定工作面顶板远场的瓦斯治理巷所处岩层层位，对照覆岩关键层分布情况，明确对瓦斯治理巷矿压显现有影响的远场关键岩层层位及赋存特征；
[0009]S3、采用矿用钻机于工作面的运输顺槽内向工作面顶板覆岩中开设炮孔，炮孔位置位于运输顺槽顶板中部；
[0010]S4、成孔后根据对工作面及远场顶板的瓦斯治理巷矿压显现有影响的远场关键岩层的岩性确定炮孔装药量、装药长度及封孔长度；
[0011]S5、封孔并进行安全检查后，起爆炸药，从而在关键岩层中形成多个切割裂隙面，使工作面侧向采动应力和顶板压力通过切割裂隙面释放，与此同时，随着工作面的推进，关键岩层沿切割裂隙面运动，减少了工作面和瓦斯治理巷顶板破断后的侧向回转块体长度，实现了在不破坏本工作面回采巷道稳定性前提下的远场顶板瓦斯治理巷围岩卸压控制。
[0012]优选的，在上述一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法中，在步骤S1中，周期来压步距为20
‑
25m。
[0013]优选的，在上述一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法中，在步骤S2中，瓦斯治理巷位于工作面侧向顶板中，与运输顺槽的水平距离为35m、垂直距离为27m。
[0014]优选的，在上述一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法中，在步骤S3中，所述炮孔分别包括一号炮孔组和二号炮孔组；一号炮孔组用来切断影响工作面矿压显现的关键岩层，保护工作面运输顺槽的长期稳定；二号炮孔组用来切断影响瓦斯治理巷矿压显现的关键岩层，实现对瓦斯治理巷的卸压保护；一号炮孔组和二号炮孔组交叉间隔布置，且二号炮孔组的长度大于一号炮孔组的长度。
[0015]优选的，在上述一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法中，在步骤S3中，炮孔的切顶角度分别包括为一号炮孔角度和二号炮孔角度，一号炮孔角度为一号炮孔组的切缝线与顶板垂直方向的夹角；二号炮孔角度为二号炮孔组的切缝线与顶板垂直方向的夹角。
[0016]优选的，在上述一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法中，在步骤S3中，炮孔的切顶高度分别包括一号炮孔高度和二号炮孔高度，一号炮孔高度和二号炮孔高度分别为工作面顶板至相应的远场关键岩层的垂直距离。
[0017]优选的，在上述一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法中，在步骤S3中，一号炮孔组和二号炮孔组的切顶间距通过工作面顶板周期来压步距和爆破裂隙圈半径计算公式确定:
[0018][0019]式中：R
P
为松动圈半径，α为应力波衰减值α＝2
‑
ν/(1
‑
ν)，ν为泊松比，P为应力波初始径向应力峰值D为炸药爆速，ρ0为炸药密度，r
c
为药包半径，n为压力增大系数，取值为8
‑
11；r
b
为炮眼半径，S
t
为岩体抗拉强度；切顶间距小于周期来压步距和两倍的切割裂隙面的长度；切顶间距包括一号炮孔间距和二号炮孔间距，一号炮孔间距为一号炮孔组之间的布置间距，二号炮孔间距为二号炮孔组之间的布置间距。
[0020]优选的，在上述一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法中，在步骤S4中，炸药类型采用煤矿瓦斯抽采水胶药柱；封孔长度为炮孔深度的25％
‑
40％。
[0021]优选的，在上述一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法中，炸药起爆顺序为先起爆一号炮孔组，然后起爆二号炮孔组，一号炮孔组和二号炮孔组单次均起爆2个孔。
[0022]优选的，在上述一种基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法中，多个切割裂隙面相互贯通，形成完整的切割裂隙面系统，实现关键岩层的破断。
[0023]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于关键层理论的采场顶板巷道围岩卸压控制方法，该方法以关键层理论为依据，通过爆破预裂切顶技术，提前预裂对工作面及远场顶板瓦斯治理巷矿压显现有影响的关键层，形成预裂面，阻
断采动应力的传递，缓解瓦斯治理巷顶板压力，减少工作面和瓦斯治理巷顶板破断后的侧向回转块体长度，在不破坏本工作面回采巷道稳定性的前提下从本质上缓解了工作面顶板巷道的强矿压显现，保证了巷道的稳定及煤矿安全高效的开采。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0025]图1附图为本专利技术提供的基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法的流程图；
[0026]图2附图为本专利技术提供的工作面覆岩及其覆岩关键层分布情况示意图；
[0027]图3附图为本专利技术提供的工作面倾向炮孔布置示意图；
[0028]图4附图为本专利技术提供的工作面走向炮孔布置示意图；
[0029]图5附图为本专利技术提供的炮孔装药布置示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1、根据工作面(1)的煤层地质条件及开采工艺，对需要进行切顶卸压的远场瓦斯治理巷(5)及其工作面(1)进行分析，明确工作面覆岩(3)分布特征，通过现场矿压测试及关键层理论推导出覆岩关键层(4)分布情况，确定工作面(1)的基本顶层位，明确工作面(1)周期来压情况；S2、结合工作面(1)地质资料，确定工作面(1)顶板远场的瓦斯治理巷(5)所处岩层层位，对照覆岩关键层(4)分布情况，明确对瓦斯治理巷(5)矿压显现有影响的远场关键岩层层位及赋存特征；S3、采用矿用钻机于工作面(1)的运输顺槽(2)内向工作面顶板的工作面覆岩(3)中开设炮孔，炮孔位置位于运输顺槽(2)顶板中部；S4、成孔后根据对工作面(1)及远场顶板的瓦斯治理巷(5)矿压显现有影响的远场关键岩层的岩性确定炮孔装药量、装药长度及封孔长度；S5、封孔并进行安全检查后，起爆炸药，从而在关键岩层中形成多个切割裂隙面(12)，使工作面(1)侧向采动应力和顶板压力通过切割裂隙面(12)释放，与此同时，随着工作面(1)的推进，关键岩层沿切割裂隙面(12)运动，减少了工作面(1)和瓦斯治理巷(5)顶板破断后的侧向回转块体长度，实现了在不破坏本工作面(1)回采巷道稳定性前提下的远场顶板瓦斯治理巷(5)围岩卸压控制。2.根据权利要求1所述的基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法，其特征在于，在步骤S1中，周期来压步距为20
‑
25m。3.根据权利要求1所述的基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法，其特征在于，在步骤S2中，瓦斯治理巷(5)位于工作面侧向顶板中，与运输顺槽(2)的水平距离为35m、垂直距离为27m。4.根据权利要求1所述的基于采场顶板关键层破断卸压的远场巷道围岩控制方法，其特征在于，在步骤S3中，所述炮孔分别包括一号炮孔组(6)和二号炮孔组(7)；一号炮孔组(6)用来切断影响工作面(1)矿压显现的关键岩层，保护工作面运输顺槽(2)的长期稳定；二号炮孔组(7)用来切断影响瓦斯治理巷(5)矿压显现的关键岩层，实现对瓦斯治理巷(5)的卸压保护；一号炮孔组(6)和二号炮孔组(7)交叉间隔布置，且二号炮孔组(7)的长度大于一号炮孔组(6)的长度。5.根据权利要求4所述的基于采场顶板关键层破断卸压的...

【专利技术属性】
技术研发人员：常聚才，熊腾根，庞冬冬，李传明，齐潮，贺凯，李冬，陈中琪，赵聪慧，姚智博，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：