[发明专利]大倾角煤层开采冲击地压定向防治方法

说明书

技术领域

本发明所属煤矿安全领域，具体涉及到用于大倾角煤层开采冲击地压定向防治方法。

背景技术

研究表明，大倾角煤层开采覆岩破断模式与近水平煤层不同，顶板初次破断为“V-Y”型断裂模式，周期破断为“四边形”型断裂模式。导致了大倾角煤层冲击地压发生性质具有空间非对称特征，即上部顶板断裂易发生诱发型冲击地压，下部顶板稳定易发生能量聚集型冲击地压。随着开采深度和强度日益增加，大倾角煤层冲击地压防治已成为我国煤矿生产中亟待解决的重要课题。

鉴于此，必须要根据大倾角煤层冲击地压发生的非对称特征，提出具有针对性的定向防治方法，才能有效降低冲击地压的发生频率，保障矿山的生产安全。

按照改善顶板应力环境、切断应力传递路径、降低顶板强度、减小悬顶面积、释放顶板内聚集大量的弹性能的解危思路，定向防治方法需要利用以下几种卸压手段：

超前顶板深孔爆破是针对聚集大量弹性能的悬顶进行爆破弱化，使得悬顶面积减小，在工作面超前范围的顶板内形成连续的破碎带，切断应力传递路径，达到削弱顶板来压的强度，释放悬顶弹性能目的；

大直径钻孔卸压是在高应力集中区域利用多个110mm以上钻孔形成破裂卸压区，使得应力峰值减小并向煤体深部转移，释放近场区域弹性能，最终达到解除冲击危险的目的；

高压注水通过改变煤体的物理机械特性，实现软化煤体物理力学性质，以达到降低煤体储存能量的能力，减缓矿压显现的目的；

煤体卸压爆破是采用爆破的方法针对冲击危险区域内的煤体进行卸压，减缓应力集中程度，针对大倾角煤层回采后产生坚硬悬顶的位置及爆破卸压后形成的冲击地压危险区域，提出了冲击地压定向防治方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大倾角煤层开采冲击地压定向防治方法，既能够有效解决大倾角煤层工作面顶板沿倾斜方向非对称断裂问题，又能够避免顶板深孔爆破后形成高应力集中导致次生灾害的风险，及时对冲击危险区域进行定向防治。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种大倾角煤层开采冲击地压定向防治方法，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。

进一步的，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。

进一步的，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；