[发明专利]大倾角煤层开采冲击地压定向防治方法

权利要求书

1.一种大倾角煤层开采冲击地压定向防治方法，其特征在于，所述冲击地压定向防治方法分为三个步骤：

步骤1)：顶板能量释放；

步骤2)：次生能量消耗；

步骤3)：二次解危；

所述步骤1)在工作面前方易发生冲击地压的区域布置炮孔，所述步骤1)具体包括：

步骤11)：确定定向爆破孔位置、排布方式、倾角及长度；

步骤12)：确定定向爆破孔炮孔间距、排距；

步骤13)：确定装药结构与装药量；

步骤14)：确定封孔长度；

所述步骤11)具体如下：

首先确定顶板内需要进行顶板能量释放的关键层位，利用公式(1)求出大倾角煤层目标岩层挠度方程w(x，y)：

其中

式中D——坚硬顶板弯曲刚度，D＝E₂h₂³/12(1-μ₂²)；

E₂——坚硬顶板弹性模量；

γ₁——上覆岩层平均容重；

γ₂——坚硬顶板容重；

μ₂——坚硬顶板泊松比；

h₂——坚硬顶板厚度；

a——工作面走向推进长度，m；

b——工作面倾向推进长度，m；

L_s——矸石充填区长度，m；

c——待定系数，c＝b/2-L_s，m；

β——顶板岩层倾角，(°)；

P₀——工作面下端头处上覆岩层荷载，MPa；

P_y0——工作面y＝0处上覆岩层荷载，MPa；

q——长度为L_s的矸石填充载荷，MPa；

G——坚硬顶板的重力，G＝γ₂h₂，MPa；

F₁——坚硬顶板的水平构造力，F₁＝λ₁γ₂h₂(λ₁取1.6)，MPa；

F₂——坚硬顶板的水平构造力，F₂＝λ₂γ₂h₂(λ₂取1.1)，MPa；

C₁——待定系数，C₁＝P₀+γ₂h₂-F₁，MPa；

C₂——待定系数，C₂＝P_y0+γ₂h₂-F₁，MPa；

C₃——待定系数，C₂＝P₀+γ₂h₂+F₁，MPa；

式中σ₁、σ₃——最大、最小主应力；

σ_x、σ_y——x、y方向正应力；

τ_xy——xy方向正应力；

Ez——z方向弹性模量；

μ——煤层泊松比；

将w(x，y)代入到公式(2)、(3)中，求得目标岩层y-z平面内的最大主应力等值线图，根据应力等值线图确定大倾角煤层坚硬顶板的关键层位：上部垮落区、中部断裂区、下部悬顶区的长度l₁、l₂、l₃，根据上部垮落区长度l₁、中部断裂区长度l₂、下部悬顶区的长度l₃和工作平面宽度计算出对应区域在y-z平面内的面积，再利用公式(4)和(5)求出爆破孔破碎区半径R₁和裂隙区半径R₂：

式中:R₁——破碎区半径；

R₂——裂隙区半径；

σ_cd——岩体动态抗压强度，MPa；

σ_th——岩体动态抗拉强度，MPa；

r——药卷半径，m；

r_b——炮孔半径，m；

μ_d——岩石动泊松比，取0.8μ；

n₁——炸药爆炸产物膨胀碰撞炮孔壁时的压力增大系数，取n＝10；

D₁——煤体炸药爆速，m/s；

ρ₀——炸药的密度，kg/m³；

l_e——装药轴向系数，取l_e＝1；

K——不耦合系数，取1.5～2；

B——系数，

根据裂隙区半径R₂计算出单个爆破孔裂隙区在y-z平面内的覆盖面积，使裂隙区面积至少覆盖上部垮落区、下部悬顶区顶板面积的1/2，确定上部垮落区、下部悬顶区定向爆破孔的个数，炮孔倾角以覆盖爆破区域为准，爆破深度最小达到目标层厚度的2/3以上，通过回风顺槽设置上部垮落区的定向爆破孔，通过运输顺槽设置下部悬顶区的定向爆破孔；中部断裂区设置一个老顶定向爆破孔，使该孔爆破区域覆盖应力最大区域，爆破深度至少达到目标层厚度的1/2以上，通过运输顺槽设置中部断裂区的老顶定向爆破孔。