一种新建矿井人造解放层防冲方法技术

本发明专利技术公开了一种新建矿井人造解放层防冲方法，包括：S1、在存在冲击地压隐患地层区域上方确定人造解放层所在的目标岩层；S2、对人造解放层和其等效煤层开采进行数值模拟和理论分析，以获取被解放层的等效煤层开采下的应力σ

【技术实现步骤摘要】
一种新建矿井人造解放层防冲方法


[0001]本专利技术涉及煤矿安全开采
，尤其涉及一种新建矿井人造解放层防冲方法。

技术介绍

[0002]顶板岩层结构，特别是煤层上方坚硬，厚层砂岩顶板是影响冲击地压发生的主要因素之一，其主要原因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在坚硬顶板破断过程中或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，导致冲击地压显现或矿震。
[0003]解放层开采是普遍认可的冲击地压防范方法，解放层的开采造成采空区顶底板岩层的冒落、位移，打破了原始地应力的平衡，导致采场周围地应力的重新分布，在采场顶底板岩、煤体中形成一定范围的卸压带应力低于原始应力和解放带，降低工作面冲击危险性，是从根本上预防冲击地压的最为有效的区域性防范措施。解放层开采的原则为优先开采冲击危险性低的煤层。
[0004]但并不是每个冲击地压矿井都具备开采解放层的条件，解放层开采适用条件与选择原则、解放层开采设计、保护范围及保护效果、卸压期限等条件需要达到。在具有冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害矿井，没有可作为解放层开采条件的困境，区域防范措施实施困难，后续开采过程灾害程度严重，给安全生产带来十分不利的影响。为此基于解放层源头防冲思想，当解放层开采条件不具备，而传统防冲方法应用效果不明显时，本申请提出人造解放层的施工方法用以实现与解放层开采等同的防冲击效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提出了一种新建矿井人造解放层防冲方法，包括以下步骤：
[0007]S1、在存在冲击地压隐患地层区域上方确定人造解放层所在的目标岩层，并对目标岩层进行厚度测量得到目标岩层厚度h；
[0008]S2、对人造解放层和其等效煤层开采进行数值模拟和理论分析，以获取被解放层的等效煤层开采下的应力σ
lib
，以及被解放层在人造解放层开采下的应力σ
art
；
[0009]S3、依据σ
lib
和σ
art
的比值定义等效应力解放系数ξ，依据等效应力解放系数建立人造解放层评判准则，并依据此评判准则在目标岩层中对人造解放层厚度以及覆盖范围进行划分判定；
[0010]S4、依据对人造解放层厚度、覆盖范围的划分判定建立人造解放层评判模型，并依据此模型进行地面压裂井布置，并进行钻井、致裂作业，使得目标岩开裂卸压形成人造解放层；
[0011]S5、完成人造解放层作业后，在矿井建设区域形成低应力条件区域，并依据人造解放层评判模型为冲击地压矿井的建设提供设计及施工准则，并依此准则进行冲击地压矿井
的建设。
[0012]本专利技术通过提前破坏冲击危险区域上覆顶板的完整性，使得载荷向更完整顶板区域迁移，从而为井下掘进、回采提供低应力作业大环境，也使得冲击地压丧失启动的重要载荷条件，进而实现与解放层开采等同的效果，降低或避免建井期间的冲击地压灾害。
[0013]可选地，所述S1中，基于矿井所在地的地质资料，通过采用煤层开采的主控关键层及能量传递响应分析和/或微震监测的主控关键层分析方法确定人造解放层所在目标岩层。
[0014]进一步地，在S2中，具体包括：
[0015]S21、应用仿真计算软件或离散单元法程序进行模拟，对目标岩层的结构形态及对被解放层的应力状态进行数值模拟、理论分析，使目标岩层处于等效煤层开采的冒落带和裂隙带、并得到充分的破坏或目标岩层能量释放得到有效降低；
[0016]S22、分析等效煤层开采后的被解放煤层的应力变化、裂隙发育以及围岩结构特征，获取被解放层在等效煤层开采下的应力σ
lib
；
[0017]S23、分析人造解放层致使目标岩层处于等效煤层开采的冒落带和裂隙带、并得到充分的破坏情况下或目标岩层能量释放得到有效降低的情况下，被解放煤层的应力变化、裂隙发育以及围岩结构特征，并获取被解放层在人造解放层层开采下的应力σ
art
。
[0018]进一步地，在S3中，所述人造解放层的判别准则为依照ξ的定义为其大小对当前人造解放层模拟开采规划是否适合划分为人造解放层进行4类划分，包括：
[0019]Ⅰ类，当ξ＜0.25时，此时等效应力系数ξ处于不合适等级；
[0020]Ⅱ类，当0.25≤ξ＜0.5时，此时等效应力系数ξ处于一般等级；
[0021]Ⅲ类，当0.5≤ξ＜0.75时，此时等效应力系数ξ处于合适等级；
[0022]Ⅳ类，当ξ≥0.75时，此时等效应力系数ξ处于良好等级。
[0023]进一步地，在S3中，对人造解放层厚度进行划分判定步骤为：
[0024]S31、应用仿真计算软件或离散单元法程序进行等效煤层开采时的数值模拟，分别模拟不同煤层厚度的开采过程，并获取的等效煤层开采下，被解放层达到可以开采需求时，被解放层的应力σ
lib
；
[0025]S32、应用仿真计算软件或离散单元法程序进行数值模拟，分别模拟人造解放层不同厚度的开采过程，以目标岩层处于等效煤层开采的冒落带和裂隙带，且使目标岩层得到充分的破坏为判别依据，模拟与等效煤层开采各个相同煤层厚度时人造解放层开采过程，当达到判别依据的开采效果时，获取此时被解放层在人在解放层开采下的应力σ
art
；
[0026]S33、依据ξ大小进行判别，当ξ处于Ⅲ类及以上分类时，确定人造解放层开采厚度，该厚度即等效厚度，表征人造解放层厚度达到上述确定的合适解放层厚度开采时的解放效果。
[0027]进一步地，所述人造解放层覆盖区域范围在工作面所在层位的投影连续覆盖运输巷至回风巷之间的所有工作面；
[0028]人造解放层覆盖区域范围在工作面的投影宽度方向沿运输巷至回风巷的方向设置，人造解放层覆盖区域范围在工作面的投影宽度大于运输巷至回风巷之间的距离；
[0029]人造解放层覆盖区域范围在工作面的投影长度方向沿工作面长度方向设置，且人
造解放层覆盖区域范围在工作面的投影长度大于工作面的长度。
[0030]进一步地，所述人造解放层覆盖区域范围在工作面所在层位的投影连续覆盖运输巷至回风巷之间的所有工作面；
[0031]人造解放层覆盖区域范围在工作面的投影宽度方向沿运输巷至回风巷的方向设置，人造解放层覆盖区域范围在工作面的投影宽度大于运输巷至回风巷之间的距离；
[0032]人造解放层覆盖区域范围在工作面的投影长度方向沿工作面长度方向设置，且人造解放层覆盖区域范围在工作面的投影长度大于工作面的长度。
[0033]进一步地，当巷道发生冲击地压显现状况时，需要对具有冲击危险的巷道上方对应目标岩层同样进行人造解放层布置，且人造解放层需要有效覆盖具有冲击危险的巷道；
[0034]当所述人造解放层覆盖单个或多个巷道时，人造解放层宽度覆盖范围需横跨单个或多个巷道对应的岩层范围，并且人造解放层宽度覆盖范围对应覆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新建矿井人造解放层防冲方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在存在冲击地压隐患地层区域上方确定人造解放层所在的目标岩层，并对目标岩层进行厚度测量得到目标岩层厚度h；S2、对人造解放层和其等效煤层开采进行数值模拟和理论分析，以获取被解放层的等效煤层开采下的应力σ
lib
，以及被解放层在人造解放层开采下的应力σ
art
；S3、依据σ
lib
和σ
art
的比值定义等效应力解放系数ξ，依据等效应力解放系数建立人造解放层评判准则，并依据此评判准则在目标岩层中对人造解放层厚度以及覆盖范围进行划分判定；S4、依据对人造解放层厚度、覆盖范围的划分判定建立人造解放层评判模型，并依据此模型进行地面压裂井布置，并进行钻井、致裂作业，使得目标岩开裂卸压形成人造解放层；S5、完成人造解放层作业后，在矿井建设区域形成低应力条件区域，并依据人造解放层评判模型为冲击地压矿井的建设提供设计及施工准则，并依此准则进行冲击地压矿井的建设。2.如权利要求1所述的一种新建矿井人造解放层防冲方法，其特征在于，所述S1中，基于矿井所在地的地质资料，通过采用煤层开采的主控关键层及能量传递响应分析和/或微震监测的主控关键层分析方法确定人造解放层所在目标岩层。3.如权利要求1所述的一种新建矿井人造解放层防冲方法，其特征在于，在S2中，具体包括：S21、应用仿真计算软件或离散单元法程序进行模拟，对目标岩层的结构形态及对被解放层的应力状态进行数值模拟、理论分析，使目标岩层处于等效煤层开采的冒落带和裂隙带、并得到充分的破坏或目标岩层能量释放得到有效降低；S22、分析等效煤层开采后的被解放煤层的应力变化、裂隙发育以及围岩结构特征，获取被解放层在等效煤层开采下的应力σ
lib
；S23、分析人造解放层致使目标岩层处于等效煤层开采的冒落带和裂隙带、并得到充分的破坏情况下或目标岩层能量释放得到有效降低的情况下，被解放煤层的应力变化、裂隙发育以及围岩结构特征，并获取被解放层在人造解放层层开采下的应力σ
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。4.如权利要求3所述的一种新建矿井人造解放层防冲方法，其特征在于，在S3中，所述人造解放层的判别准则为依照ξ的定义为其大小对当前人造解放层模拟开采规划是否适合划分为人造解放层进行4类划分，包括：Ⅰ类，当ξ＜0.25时，此时等效应力系数ξ处于不合适等级；Ⅱ类，当0.25≤ξ＜0.5时，此时等效应力系数ξ处于一般等级；Ⅲ类，当0.5≤ξ＜0.75时，此时等效应力系数ξ处于合适等级；Ⅳ类，当ξ≥0.75时，此时等效应力系数ξ处于良好等级。5.如权利要求4所述的一种新建矿井人造解放层防冲方法，其特征在于，在S3中，对人造解放层厚度进行划分判定步骤为：S31、应用仿真计算软件或离散单元法程序进行等效煤层开采时的数值模拟，分别模拟不同煤层厚度的开采过程，并获取的等效煤层开采下，被解放层达到可以开采需求时，被解放层的应力σ
lib
；
S32、应用仿真计算软件或离散单元法程序进行数值模拟，分别模拟人造解放层不同厚度的开采过程，以目标岩层处于等效煤层开采的冒落带和裂隙带，且使目标岩层得到充分的破坏为判别依据，模拟与等效煤层开采各个相同煤层厚度时人造解放层开采过程，当达到判别依据的开采效果时，获取此时被解放层在人在解放层开采下的应力σ
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘俊锋，杜涛涛，夏永学，冯美华，杨光宇，
申请(专利权)人：中煤科工开采研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：