【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冲击地压煤层煤柱区卸压，特别是涉及一种基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法。
技术介绍
1、区段煤柱动态瞬时破坏是冲击地压煤层临空开采冲击灾害普遍表现形式，引起巷道大范围破坏、工作面设备与仪器损毁，甚至造成人员伤亡，对煤矿造成巨大损失。目前研究得出工作面临空开采顶板为动载力源，区段煤柱作为承载体往往积聚大量弹性能，防控区段煤柱冲击地压灾害应将顶板、煤柱作为重点卸压对象。但目前工作面临空回采阶段缺乏对煤柱承载应力特点的系统分析，煤柱区卸压方案随机组合，往往存在卸压效果相互孤立的问题，造成卸压力度不足，或者过度卸压导致煤柱失去承载能力，如何根据煤柱承载应力分布特征对工作面临空回采顶板、煤柱进行针对性卸压，提高区段煤柱区卸压效果已成为冲击地压煤层安全回采的关键。因此，本专利技术提出一种基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，综合考虑区段煤柱承载应力分布特点，分类制定煤柱区顶板预裂爆破与煤体爆破卸压方案，协同改变煤柱区动载力源、能量承载体结构，从而解决现有技术中的不足之处。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，能根据煤柱承载应力分布特征，分类制定煤柱区顶板预裂爆破与煤体爆破卸压方案，从而对冲击地压煤层临空开采顶板、煤柱进行协同卸压，提高煤柱区承载效能，减小因卸压力度不足或过度卸压造成的冲击地压危险风险，对提高巷道稳定性及卸压效果最大化具有重要意义。
2、为了实现上述目的，
3、步骤一、采集煤柱赋存数据和微震监测数据；
4、步骤二、基于步骤一获取的煤柱赋存数据计算侧向支承压力影响范围；
5、步骤三、根据步骤二的侧向支承压力影响范围确定煤柱侧向支承压力叠加分布特征，然后基于煤柱侧向支承压力叠加分布特征与煤柱宽度间关系沿煤柱倾向方向划分煤柱承载应力曲线类型，所述承载应力曲线类型包括ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ类；
6、步骤四、根据步骤三划分的煤柱承载应力曲线类型，制定不同承载应力分布特征的顶板预裂爆破和煤体爆破卸压参数；
7、步骤五、基于工作面回采期间微震监测数据，确定煤壁前方加强卸压范围；
8、步骤六、根据步骤三和步骤四获取的数据进行分类卸压：当煤柱区承载应力曲线为ⅰ、ⅱ、ⅳ类时按照步骤四确定的参数施工顶板预裂爆破结合煤体爆破卸压；当煤柱区承载应力曲线为ⅲ类时，按照步骤四确定的参数先施工顶板预裂爆破与煤体爆破进行预卸压，然后在步骤五确定的卸压范围内施工煤体爆破加强卸压；从而完成基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压。
9、进一步，所述步骤一中煤柱赋存数据包括工作面回采数据和煤岩层参数。
10、进一步，所述步骤二中侧向支承压力影响范围的具体计算过程为：
11、根据公式(1)获取侧向支承压力峰值距煤壁距离：
12、
13、其中，m为煤层厚度；μ为煤岩层间摩擦系数；为煤体内摩擦角；k为应力集中系数；γ为覆岩平均容重；h为煤层开采深度；n0为煤壁竖直方向支撑力；
14、计算煤柱弹性区侧向支承压力σh：
15、
16、其中，λ为侧压系数；
17、当σh＝γh时，计算侧向支承压力影响范围l1，如式(3)所示：
18、
19、进一步，所述步骤三的具体过程为：
20、若煤柱两侧支承压力影响范围之和2l1小于煤柱宽度w时，确定煤柱侧向支承压力叠加分布特征为侧向支承压力未叠加，此时煤柱两侧支承压力峰值为k1γh，取k1＝3，煤柱中部承载应力为原岩应力，即σh＝γh，煤柱承载应力曲线呈双峰形，记为ⅰ类承载应力曲线；
21、若煤柱两侧支承压力影响范围之和2l1大于煤柱宽度w时，确定煤柱侧向支承压力叠加分布特征为侧向支承压力叠加，此时煤柱两侧支承压力峰值为k2γh，取k2＝3.5，煤柱中部承载应力σh∈(γh，0.5k2γh]，煤柱承载应力曲线呈马鞍形，记为ⅱ类承载应力曲线；
22、若煤柱两侧支承压力影响范围之和2l1大于煤柱宽度w时，确定煤柱侧向支承压力叠加分布特征为侧向支承压力叠加，此时煤柱两侧支承压力峰值为k3γh，取k3＝4，煤柱中部承载应力σh∈(0.5k3γh，k3γh]，煤柱承载应力曲线呈平台形，记为ⅲ类承载应力曲线；
23、若煤柱两侧支承压力影响范围之和2l1大于煤柱宽度w时，确定煤柱侧向支承压力叠加分布特征为侧向支承压力叠加，此时煤柱中部承载应力最大，峰值为k4γh，取k4≥5，煤柱承载应力曲线呈单峰形，记为ⅳ类承载应力曲线。
24、进一步，所述步骤四的具体过程为：
25、当承载应力曲线为ⅰ、ⅱ类时：采用顶板预裂爆破结合煤体爆破进行预卸压；其中顶板预裂爆破孔孔径75mm，双孔布置，终孔位置分别达到直接顶岩层顶部、直接顶岩层中部，正向装药，装药长度为爆破孔深度的1/2，装药量为3kg/m；煤体爆破孔孔径75mm，双孔布置，孔深为l1，装药长度为l1/2，装药量为0.75kg/m；
26、当承载应力曲线为ⅲ类时：采用先顶板预裂爆破结合煤体爆破预卸压，然后煤体爆破加强卸压；其中顶板预裂爆破孔孔径75mm，三孔布置，终孔位置分别达到直接顶岩层顶部、直接顶岩层2/3厚度处、直接顶岩层1/3厚度处，正向装药，装药长度为爆破孔深度的1/2，装药量为3kg/m；煤体爆破孔孔径75mm，三孔布置，孔深为w/2，装药长度为w/4，装药量为0.75kg/m；
27、当承载应力曲线为ⅳ类时：采用顶板预裂爆破结合煤体爆破进行预卸压；其中顶板预裂爆破孔孔径75mm，三孔布置，终孔位置分别达到直接顶岩层顶部、直接顶岩层2/3厚度处、直接顶岩层1/3厚度处，正向装药，装药长度为爆破孔深度的1/3，装药量为3kg/m；煤体爆破孔孔径75mm，三孔布置，孔深为w/2，装药长度为w/4，装药量为0.75kg/m。
28、进一步，所述步骤五中确定煤壁前方加强卸压范围的具体过程为：
29、以工作面回采第m天时推进位置为起点固定工作面位置，至第n天工作面推进进尺为lmn，假设第n天第i个微震事件qi的三维坐标为(xi，yi，zi)，则第n天第i个微震事件qi相对坐标(xi，yi，zi)表示为：
30、
31、其中，α为工作面推进角度；β为工作面走向方向在水平面上的投影与x轴的夹角；
32、统计微震数据相对工作面推进位置在煤壁前方处于较高区间的范围l，则煤壁前方0～l即为工作面加强卸压范围；其中处于较高区间的范围l的确定过程为：以工作面已开采的后方最大微震能量、频次为标准，对工作面前方进行微震监测，若工作面前方大于距离l后微震能量、频次低于且不再超过这个标准，则将工作面前方0～l范围视为微震数据较高区间。
33、进一步，所述步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，其特征在于，所述步骤一中煤柱赋存数据包括工作面回采数据和煤岩层参数。
3.根据权利要求1所述基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，其特征在于，所述步骤二中侧向支承压力影响范围的具体计算过程为：
4.根据权利要求1所述基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：
5.根据权利要求1所述基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，其特征在于，所述步骤四的具体过程为：
6.根据权利要求1所述基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，其特征在于，所述步骤五中确定煤壁前方加强卸压范围的具体过程为：
7.根据权利要求6所述基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，其特征在于，所述步骤六中当煤柱区承载应力曲线为Ⅲ类时，按照步骤四确定的参数先施工顶板预裂爆破与煤体爆破进行预卸压，然后在煤壁前方0～L范围内施工煤
...【技术特征摘要】
1.一种基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，其特征在于，所述步骤一中煤柱赋存数据包括工作面回采数据和煤岩层参数。
3.根据权利要求1所述基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，其特征在于，所述步骤二中侧向支承压力影响范围的具体计算过程为：
4.根据权利要求1所述基于煤柱承载应力分布特征的分类协同爆破卸压方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：
...【专利技术属性】
技术研发人员：吴学松，曹安业，杨耀，王强，陆祖军，岳鹏飞，杨涛，柳杰，石港生，辛龙，朱军，柳罗伟，令旭，邢娟，
申请(专利权)人：华亭煤业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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