[发明专利]一种等效面积下小直径钻孔卸压方法

摘要

本发明公开了一种等效面积下小直径钻孔卸压方法，包括步骤：一、建立矿井等效模拟模型；二、获取大直径钻孔的卸压参数范围；三、优化大直径钻孔的卸压参数；四、小直径钻孔等效替代大直径钻孔，401、设置差值阈值，402、建立N个小直径钻孔等效替代一个最优卸压参数的大直径钻孔的等效替代排列形式，403、按照小直径钻孔数量递增的顺序依次进行卸压模拟并获取钻孔等效替代排列形式；五、小直径钻孔卸压。本发明根据矿井实际条件优化大直径钻孔参数，并利用等效面积下小直径钻孔等效替代大直径钻孔，有效规避大直径钻孔孔径过大对煤体稳定性造成严重破坏，避免井下配备特种钻探设备且特种钻探设备无法在巷道有限空间内钻探工作，降低设备的运输难度。

主权项

1.一种等效面积下小直径钻孔卸压方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、建立矿井等效模拟模型：矿井巷道开挖后记录采煤工作面(1)和巷道(3)两帮的应力数值及分布，记录采煤工作面(1)和巷道(3)两帮的塑性区的大小及分布区域，在采煤工作面(1)和巷道(3)两帮的底部和顶部分别布置监测点监测采煤工作面(1)和巷道(3)变形量，通过数值模拟软件FLAC3D建立矿井等效模拟模型；/n在矿井等效模拟模型的采煤工作面(1)和巷道(3)两帮设置钻孔(8)，所述钻孔(8)包括单孔的大直径钻孔(4)和多个均小于大直径钻孔(4)半径且用于等效大直径钻孔(4)的小直径钻孔(7)；/n步骤二、获取大直径钻孔的卸压参数范围，过程如下：/n步骤201、根据公式α＝ωl，计算大直径钻孔(4)的半径α，其中，l为矿井中煤柱(2)的高度，ω为比例系数且ω取值范围为0.05～0.10；/n步骤202、根据大直径钻孔(4)的钻设位置确定大直径钻孔(4)的孔深范围，当在采煤工作面(1)上开设大直径钻孔(4)时，大直径钻孔(4)的孔深为采高的1～3倍；当在巷道(3)两帮上开设大直径钻孔(4)时，大直径钻孔(4)的孔深为采高的3～4倍；/n步骤203、根据公式计算大直径钻孔(4)的钻孔周边破碎区(6)的半径R，其中，S为采煤工作面(1)和巷道(3)两帮的孔壁松散系数，K为钻屑量系数且Q₁为实际矿井高应力区位置处钻设一个大直径钻孔(4)的钻屑量，Q₂为实际矿井正常应力区位置处钻设一个大直径钻孔(4)的钻屑量；/n相邻两个大直径钻孔(4)之间的排距大于大直径钻孔(4)的钻孔周边破碎区(6)的半径R，大直径钻孔(4)的半径、孔深、排距构成大直径钻孔(4)的卸压参数；/n步骤三、优化大直径钻孔的卸压参数：根据ω取值范围选取三个不同的ω值，进而计算得到三个不同的大直径钻孔(4)的直径；选取三个采高倍数，获取三个不同的大直径钻孔(4)的孔深；根据三个不同的大直径钻孔(4)的直径获取三个不同的大直径钻孔(4)的排距，将选取的三个大直径钻孔(4)的直径、三个大直径钻孔(4)的孔深、三个大直径钻孔(4)的排距分别作为三个因素，选取L9(3^4)正交实验表通过正交实验对大直径钻孔(4)的卸压参数进行优化；/n按照正交试验所设计的九个试验方案，得到九组试验数据，并用极差分析法分析该九组试验数据，得出大直径钻孔的最优卸压参数，所述试验数据包括应力分布、应力降低比例、巷道位移变形量、塑性区分布和面积大小；/n步骤四、小直径钻孔等效替代大直径钻孔，过程如下：/n步骤401、设置应力降低比例差值阈值、巷道位移变形量差值阈值和塑性区面积差值阈值；/n步骤402、建立N个小直径钻孔(7)等效替代一个最优卸压参数的大直径钻孔(4)的等效替代排列形式，其中，N为不小于2的正整数，当N大于2时，N个小直径钻孔(7)呈非单排非单列的中心对称形式排列；/n步骤403、在数值模拟软件FLAC3D中按照小直径钻孔(7)数量递增的顺序依次对N个小直径钻孔(7)等效替代最优卸压参数的大直径钻孔(4)进行卸压模拟，当N个小直径钻孔(7)的卸压模拟试验数据中应力降低比例数据与最优卸压参数的大直径钻孔(4)的应力降低比例数据之差不大于预设的应力降低比例差值阈值、N个小直径钻孔(7)的卸压模拟试验数据中巷道位移变形量与最优卸压参数的大直径钻孔(4)的巷道位移变形量之差不大于预设的巷道位移变形量差值阈值、N个小直径钻孔(7)的卸压模拟试验数据中塑性区面积与最优卸压参数的大直径钻孔(4)的塑性区面积之差不大于预设的塑性区面积差值阈值时，模拟试验结束，并获取等效替代一个最优卸压参数的大直径钻孔(4)的N个小直径钻孔(7)的等效替代排列形式；/n步骤五、小直径钻孔卸压：根据获取的等效替代一个最优卸压参数的大直径钻孔(4)的N个小直径钻孔(7)的等效替代排列形式，以及小直径钻孔(7)的孔深、等效钻孔的排距对实际矿井中采煤工作面(1)和巷道(3)两帮的高应力区进行钻孔卸压。/n