[发明专利]一种基于密集钻孔的切顶卸压方法

说明书

本发明公开了一种基于密集钻孔的切顶卸压方法，包括步骤S1：确定钻孔布置区域；S2：钻孔的间距依据钻孔周边岩体塑性区的边界确定，以保证密集钻孔能有效构造人工岩体结构弱化带；钻孔角度根据砌体梁理论和围岩结构S‑R稳定原理选取；钻孔的深度依据顶板自重与采动应力能克服人工岩体结构弱化带的残余抗剪强度的条件进行计算选取；S3：在上区段工作面临近下区段的顺槽超前支护段外，沿着工作面方向朝斜向上区段方向成组打钻孔。本发明通过密集钻孔开挖，使钻孔的弱化带相互叠加、互相连通，从而形成人工岩体结构弱化带，以对上区段顶板进行人工切顶卸压，极大减少了切顶成本，操作简单且对矿井环境自适应性强。

技术领域

本发明涉及一种钻孔切顶卸压方法，具体涉及一种基于密集钻孔的切顶卸压方法。

背景技术

到2020年，我国煤炭产量将达到39亿吨，煤炭产量将比现在增加9.57亿吨。为了满足对煤炭的需求，开采深度每年都在增加。一方面随着煤层深度的增加，矿山压力不断增大，且为了满足生产需要，必须在上区段工作面回采的同时进行下区段工作面顺槽的掘进，受到上区段的采动影响，会导致沿空巷道围岩处于高应力状态。另一方面全国38％的综采工作面属于来压强烈的坚硬顶板，工作面回采过后，坚硬顶板很难及时垮落，易形成悬臂结构，在基本顶断裂后会导致悬臂结构回转下沉，引发邻近巷道周边围岩应力增大，临近工作面巷道变形严重，并引发工作面岩体的剧烈震动和冲击矿压及煤与瓦斯突出等动力灾害。

针对上述沿空掘巷围岩变形严重、顶板控制难度大的问题，依靠传统锚杆锚索对巷道 加强支护无法有效控制围岩变形，只有切断采空区基本顶悬臂岩梁与沿空巷道顶板间的力 学联系，释放顶板内积聚的弹性势能，才能从根本上减小沿空巷道围岩应力集中，从而提 高沿空巷道围岩的稳定性。现常用的技术方法有爆破切顶卸压技术、水力压裂弱化切顶卸 压技术、复合射孔切顶卸压技术。但爆破切顶卸压技术及复合射孔切顶卸压技术均采用炸 药爆破，而炸药爆破只适用于低瓦斯矿井，高瓦斯矿井需要严格的使用技术要求，且切顶 爆破可能引起巷道内顶板提前切落，造成顶板管理困难。水力压裂弱化切顶卸压技术存在 设备工艺复杂、巷道自然条件适应性差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于密集钻孔的切顶卸压方法，通过合理设计钻孔参数，对 顶板进行密集钻孔，进行切顶卸压；能够有效解决煤矿深部开采沿空留巷过程中，小煤柱 开采时冲击地压过大的的问题；也能够针对采空区坚硬顶板无法及时垮落、顶板内弹性势 能大量积聚情况下，及时切顶卸压；为能够在保证满足切顶卸压条件下，尽量减少钻孔数 量，来提高劳动效率，需要对钻孔参数进行计算，得到优选值。

本发明采用的一种基于密集钻孔的切顶卸压方法，包括如下步骤：

S1：确定钻孔布置区域：钻孔位于沿着上区段中的紧邻下区段的顺槽顶板上，钻孔的 排列方向与沿着顺槽延伸的方向同向；

S2：确定切顶所需的钻孔参数，包括钻孔的直径、间距、角度、深度；

钻孔的直径：根据不同直径钻孔周围塑性破坏区大小破坏情况，通过力学公式计算及 数值模拟进行取值；

钻孔的间距：根据弹性理论求解钻孔周围岩体的应力状态，由弹性力学理论、弹塑性 区应力平衡条件和莫尔强度准则可得到钻孔周边岩体塑性区的近似边界线方程，通过代入 矿井地质数据计算可确定合理的钻孔间距，使相邻的钻孔塑性区外的弱化带连接构成弱化 带；

钻孔角度：根据砌体梁理论和围岩结构S-R稳定原理，选择钻孔与巷道顶板自下区段 至上区段的水平方向的夹角；

钻孔深度：通过密集钻孔构造人工岩体结构弱化带后，直接顶和基本顶自身的重量和 工作面的回采引起的采动应力需要克服人工岩体结构弱化带的残余抗剪强度才能跨落，从 而确定钻孔深度；

S3：钻孔施工：在上区段工作面临近下区段的顺槽超前支护段外，在步骤S1选取的位 置上，按步骤S2中所确定的钻孔参数沿着工作面方向斜向上区段的上方打一列钻孔。