一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法技术

本申请公开了一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法，其属于煤矿开采领域，其技术要点在于：其包括以下步骤：首先，在相邻的两个以上的工作面初始设计停采线附近的回采巷道不同位置处布置钻场，利用钻场内的千米钻机相向往坚硬顶板中打设平行于停采线的定向水平钻孔，钻孔的轨迹起始部分为曲线，主体部分为近似水平直线；为保证整个工作面的坚硬顶板可以完全切断，在相邻两个及以上工作面最外侧的两条回采巷道内均布置钻场并相向实施钻孔，使各自起始部分打设有切顶层位的水平钻孔；然后，在水平钻孔内开展水压致裂切断坚硬顶板，切断顶板应力传递路径，减弱顶板压力，从而确保大巷围岩的稳定性，同时缩短停采线煤柱宽度。线煤柱宽度。线煤柱宽度。

【技术实现步骤摘要】
一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法


[0001]本专利技术涉及煤矿开采领域，具体而言，涉及一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法。

技术介绍

[0002]煤矿井下开采进入到末采阶段时(工作面回采到停采线附近)，由于工作面回采形成的超前支承压力随着工作面的推进一直向前移动，从而使大巷处于采动影响范围内，直接影响大巷的围岩稳定性，巷道变形严重时会影响井下运输、通风、行人等工作，尤其是开采煤层的顶板硬岩较厚或埋深较大时，这种动压影响程度越大、范围越广。
[0003]因此，寻找一种减小大巷受末采采动影响从而提高其围岩稳定性的方法具有十分重要的意义。
[0004]目前，提高大巷围岩稳定的方法主要有以下两种：
[0005](1)通过增加停采线煤柱宽度来减轻其采动影响，由常规的30m～50m增加到60～100m乃至150m，用距离换取大巷围岩稳定。但是，根据现场调研发现在坚硬顶板岩层、大采高工作面、埋深较大等条件下，增加停采线煤柱宽度对减轻动压影响的效果不太明显，如果继续大幅度增加护巷煤柱宽度，又会导致煤炭资源的大量损失。
[0006](2)在预掘回撤通道内切顶卸压。为了不影响末采期间回采工作面的正常推进，工作面在推进到停采线之前时经常预先开掘回撤通道，从而避免回采作业与回撤通道作业的相互影响。而且为了减小末采期间工作面超前支承应力对大巷的采动影响，现场会在预掘的回撤通道内通过切顶卸压方法切断煤层上方的坚硬顶板，缩短末采期间的悬臂梁长度，降低对大巷的动压影响。
[0007]目前回撤通道内常用的切顶卸压方法有深孔预裂爆破和水压致裂两种，这些方法在现场实施中对保护大巷有较好的作用，但是存在两方面不足：其一是通过在回撤通道内垂直钻孔，虽然目的是切断基本顶的坚硬顶板，但无形中也增加了软弱顶板的钻孔工程量，尤其是切顶高度达到30m以上时，施工成本大幅增加。此外，放炮也存在一定的安全隐患；其二是预掘回撤通道在工作面末采期间受超前支承应力影响变形破坏严重，容易发生冒顶、两帮移进量大、底鼓严重、支护困难、顶板不易控制等问题，而且当工作面推进到回撤通道时容易发生压架、煤壁片帮等事故，从而影响煤矿安全高效生产。
[0008]因此，本专利提出一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法，具体是通过在初始设计停采线附近不同位置处布置钻场，利用钻场内的千米钻机沿着工作面长度方向向坚硬顶板中打设定向水平钻孔，这些水平钻孔分布在距离初始设计停采线的不同位置处，然后在水平钻孔内开展水压致裂切断坚硬顶板，减小大巷围岩的压力，从而确保大巷围岩稳定，同时缩短停采线煤柱宽度。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供了一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法，旨在解决
现有技术的问题。
[0010]一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法，其包括以下步骤：
[0011]首先，在相邻的两个以上的工作面初始设计停采线附近的回采巷道不同位置处布置钻场，利用钻场内的千米钻机相向往坚硬顶板中打设平行于停采线的定向水平钻孔，钻孔的轨迹起始部分为曲线(此范围内的钻孔不在切顶层位)，主体部分为近似水平直线，为保证整个工作面的坚硬顶板可以完全切断，在相邻两个及以上工作面最外侧的两条回采巷道内均布置钻场并相向实施钻孔，使各自起始部分打设有切顶层位的水平钻孔；
[0012]然后在水平钻孔内开展水压致裂切断坚硬顶板，切断顶板应力传递路径，减弱顶板压力，从而确保大巷围岩的稳定性，同时缩短停采线煤柱宽度。
[0013]一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法，包括以下步骤：
[0014]S1，收集回采工作面和受采动影响大巷的基础资料；
[0015]S2，测试拟保护大巷的围岩地质力学特征，包括：巷道顶板岩性及其层厚、围岩物理力学特性、地应力状态；
[0016]S3，设计千米水平钻孔参数与水压致裂参数；
[0017]所需设计千米水平钻孔参数包括：钻场位置、水平钻孔与停采线的相对位置及其间距、钻孔数量、钻孔层位；
[0018]所需设计水压致裂参数包括：水压压力、致裂方向、压裂区段；
[0019]S4，根据设计参数，在原设计停采线位置现场施工第一组千米水平钻孔，并开展水压致裂；
[0020]S5，工作面推进至原设计停采线时继续回采，同时对大巷两帮进行锚索补强，并实时监测拟保护大巷的围岩变形破坏情况。
[0021]S6，优化停采线煤柱宽度：工作面每次推进至预设组位切顶位置之前，如果大巷发生变形，停止工作面回采，此时优化停采线宽度为新停采线与第一组切顶位置之间的距离；
[0022]进一步，所述步骤S1包括：现场调研矿井工程地质概况并收集回采工作面和受采动影响大巷的基础资料，具体包括：大巷掘进作业规程、工作面回采作业规程、钻孔柱状图、采掘工程平面图、水文地质条件、构造情况、采动影响情况。
[0023]进一步，所述步骤S2包括：测试分析拟保护大巷的围岩地质力学特征，如巷道顶板岩性及其层厚、围岩物理力学特性、地应力状态等。然后根据矿方钻孔柱状图、以往回采工作面来压步距与煤层开采高度、采空区碎胀系数，进而确定对工作面来压起关键作用的坚硬岩层的层位、厚度。
[0024]进一步，所述步骤S3包括：所需设计千米水平钻孔参数需要结合坚硬顶板的岩性与厚度、坚硬顶板的垮落角、地应力测试结果来确定。其中，钻孔层位需要根据矿方钻孔柱状图、煤层开采高度、采空区碎胀系数、以及以往回采工作面来压步距与对工作面来压起关键作用的坚硬岩层层位等来确定；钻场位置为计划切顶的水平钻孔对应的两侧回采巷道位置；水平钻孔间隔5～20m，布置1～5组，具体数量依据切顶后大巷围岩变形破坏情况而定。所需设计水压致裂参数需要结合坚硬岩层的厚度、单轴抗压强度及地应力测试结果来确定。
[0025]进一步，所述步骤S4包括：拟在原设计停采线处设置第一个钻场，之后在钻场内安装千米定向钻机，然后从第一个钻场开始利用钻场内的千米钻机相向往坚硬顶板中打设平
行于停采线的定向水平钻孔，钻孔的轨迹起始部分为曲线(此范围内的钻孔不在切顶层位)，主体部分为近似水平直线，为保证整个工作面的坚硬顶板可以完全切断，在相邻两个及以上工作面最外侧的两条回采巷道内均设置钻场并相向实施钻孔，使各自起始部分打设有切顶层位的水平钻孔。
[0026]进一步，步骤S4中水平钻孔的间距根据坚硬岩层的厚度、岩性、强度、结构、地应力等岩层条件，及压裂工艺、参数、压裂设备的能力等确定，以形成有效的裂隙网络。每个钻场中打孔的个数与所切坚硬顶板的厚度的关系是：
[0027]所切坚硬顶板的厚度小于5m时垂直方向打1个钻孔；
[0028]所切坚硬顶板的厚度为5～10m时垂直方向打2个钻孔。
[0029]进一步，步骤S5包括：
[0030]工作面推进至原设计停采线时继续回采，在钻场内布置高压注水泵，每当一个钻场钻孔结束后在该钻场开始进行水压致裂；钻孔布置在坚硬岩层中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法，其特征在于，其包括以下步骤：首先，在相邻的两个以上的工作面初始设计停采线附近的回采巷道不同位置处布置钻场，利用钻场内的千米钻机相向往坚硬顶板中打设平行于停采线的定向水平钻孔，钻孔的轨迹起始部分为曲线，主体部分为近似水平直线；为保证整个工作面的坚硬顶板可以完全切断，在相邻两个及以上工作面最外侧的两条回采巷道内均布置钻场并相向实施钻孔，使各自起始部分打设有切顶层位的水平钻孔；然后，在水平钻孔内开展水压致裂切断坚硬顶板，切断顶板应力传递路径，减弱顶板压力，从而确保大巷围岩的稳定性，同时缩短停采线煤柱宽度。2.一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，收集回采工作面和受采动影响大巷的基础资料；S2，测试拟保护大巷的围岩地质力学特征，包括：巷道顶板岩性及其层厚、围岩物理力学特性、地应力状态；S3，设计千米水平钻孔参数与水压致裂参数；所需设计千米水平钻孔参数包括：钻场位置、水平钻孔与停采线的相对位置及其间距、钻孔数量、钻孔层位；所需设计水压致裂参数包括：水压压力、致裂方向、压裂区段；S4，根据设计参数，在原设计停采线位置现场施工第一组千米水平钻孔，并开展水压致裂；S5，工作面推进至原设计停采线时继续回采，同时对大巷两帮进行锚索补强，并实时监测拟保护大巷的围岩变形破坏情况；S6，优化停采线煤柱宽度：工作面每次推进至预设组位切顶位置之前，如果大巷发生变形，停止工作面回采，此时优化停采线宽度为新停采线与第一组切顶位置之间的距离。3.根据权利要求2所述的一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：现场调研矿井工程地质概况并收集回采工作面和受采动影响大巷的基础资料，具体包括：大巷掘进作业规程、工作面回采作业规程、钻孔柱状图、采掘工程平面图、水文地质条件、构造情况、采动影响情况。4.根据权利要求2所述的一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：首先测试分析拟保护大巷的围岩地质力学特征：巷道顶板岩性及其层厚、围岩物理力学特性、地应力状态，然后根据矿方钻孔柱状图、以往回采工作面来压步距与煤层开采高度、采空区碎胀系数，进而确定对工作面来压起关键作用的坚硬岩层的层位、厚度。5.根据权利要求2所述的一种减小末采时大巷动压影响并优化停采线煤柱的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：所需设计千米水平钻孔参数需要结合坚硬顶板的岩性与厚度、坚硬顶板的垮落角、地应力测试结果来确定；其中，钻孔层位需要根据矿方钻孔柱状图、煤层开采高度、采空区碎胀系数、以及以往回采工作面来压步距与对工作面来压起关键作用的坚硬岩层层位等来确定；钻场位置为计划切顶的水平钻孔对应的两侧回采巷道位置；水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊庆，郗泽涛，张百胜，沈玉旭，王成帅，王恒，任霄洋，刘鹏辉，龙腾，
申请(专利权)人：山西绿尧矿山科技有限公司，
类型：发明
国别省市：