本發(fā)明涉及巷道圍巖控制，具體為一種減弱回采支承壓力對(duì)回采巷道變形影響的圍巖控制方法。

背景技術(shù)：

1、回采巷道采取永久支護(hù)后，在錨桿錨固作用下，圍巖整體處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。然而，隨著工作面的回采，采場(chǎng)上覆巖層受到直接頂初次破斷垮落、基本頂初次破斷垮落和基本頂周期破斷垮落等動(dòng)壓影響，在工作面前方會(huì)出現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)集中應(yīng)力區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)圍巖原有的相對(duì)平衡狀態(tài)被打破，由于巷道上方受工作面前方集中應(yīng)力區(qū)影響，巷道頂板及兩幫出現(xiàn)較大幅度的破壞變形，一定程度上影響了工作面安全通風(fēng)及輔助運(yùn)輸。通常采用采取人工干預(yù)的方式對(duì)巷道上方頂板進(jìn)行弱化處理，以達(dá)到降低前方巷道頂板的應(yīng)力集中程度，減小巷道圍巖變形的目的。

2、如專利公開號(hào)為cn115045660a，名稱為“一種大傾角回采工作面頂板深孔爆破致裂方法及系統(tǒng)”的專利提供了一種針對(duì)大傾角回采工作面特殊的覆巖結(jié)構(gòu)，特殊的頂板彈性能積聚區(qū)域的精準(zhǔn)爆破方法，降低了由厚硬頂板破斷產(chǎn)生的動(dòng)載擾動(dòng)造成的回采巷道沖擊動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，提高了回采工作面工作人員的生命安全系數(shù)，該方法存在不足之處有：1)鉆孔布置較多，工程量大，周期長(zhǎng)；2)施工不便，開孔難度較大；3)一次裝藥量大，爆炸沖擊對(duì)頂板危害較大。

3、專利公開號(hào)cn108825277a，名稱“一種隔絕工作面支承壓力的回采巷道圍巖控制方法”提出一種利用爆破產(chǎn)生切割縫將巷道的頂板切斷，結(jié)合單體液壓支柱和液壓切頂支柱加強(qiáng)支護(hù)的方法，來(lái)弱化支承壓力對(duì)巷道的影響。該方法存在以下缺點(diǎn)：1)直接頂切斷會(huì)導(dǎo)致巷道頂板比較破碎，不利于巷道維護(hù)；2)液壓切頂支柱在與采面平行的方向上沒有輔助支撐裝置，受到?jīng)_擊時(shí)，容易傾斜甚至倒下，失去切頂?shù)淖饔?。為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種利用深孔爆破技術(shù)產(chǎn)生的弱面來(lái)減弱回采支承壓力對(duì)巷道影響的圍巖控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于為了解決現(xiàn)有對(duì)巷道上方頂板進(jìn)行弱化處理存在鉆孔布置較多、開孔難度較大、一次裝藥量大、直接頂切斷會(huì)導(dǎo)致巷道頂板比較破碎，不利于巷道維護(hù)的問(wèn)題，導(dǎo)致工程量大、周期長(zhǎng)、施工不便、巷道頂板比較破碎不利于巷道維護(hù)以及受到?jīng)_擊時(shí)，液壓切頂支柱容易傾斜甚至倒下，失去切頂?shù)淖饔?，而提出一種減弱回采支承壓力對(duì)回采巷道變形影響的圍巖控制方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：減弱回采支承壓力對(duì)回采巷道變形影響的圍巖控制方法，該方法包括：

3、步驟一：獲取回采區(qū)段的地質(zhì)資料；

4、步驟二：確定采區(qū)進(jìn)行治理的回采工作面?zhèn)€數(shù)、巷道數(shù)量，以及確定卸壓保護(hù)巷道與回采工作面的時(shí)空關(guān)系；

5、步驟三：根據(jù)獲取的地質(zhì)資料，結(jié)合理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)確定開采過(guò)程中工作面前方回采支承壓力的分布特征；運(yùn)用關(guān)鍵層理論與現(xiàn)場(chǎng)巖層柱狀圖結(jié)合的方法，確定對(duì)回采工作面礦壓顯現(xiàn)有影響的堅(jiān)硬巖層或傳遞應(yīng)力的關(guān)鍵巖層的層位；

6、步驟四：根據(jù)理論計(jì)算與數(shù)值運(yùn)算確定預(yù)裂爆破參數(shù)，設(shè)計(jì)切頂方案；其中預(yù)裂爆破參數(shù)包括預(yù)裂爆破實(shí)施時(shí)間、預(yù)裂爆破高度、炮孔間距、炮孔傾角、切頂方向；

7、步驟五：按照預(yù)裂爆破參數(shù)進(jìn)行爆破施工；并采用分段式預(yù)裂切頂施工，施工后對(duì)頂板破碎區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)；頂板深孔預(yù)裂爆破前，在卸壓保護(hù)巷道內(nèi)布置礦壓監(jiān)測(cè)站；

8、步驟六：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巷道變形量及巷道圍巖應(yīng)力場(chǎng)演化特征。

9、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述地質(zhì)資料包括采區(qū)內(nèi)采煤工作面布置、接替、采區(qū)巷道布置、采煤工作面基本參數(shù)、煤層開采高度、采煤方法、頂板管理方法、開采進(jìn)度計(jì)劃和鄰近工作面布置資料。

10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述確定預(yù)裂爆破參數(shù)的過(guò)程為：

11、預(yù)裂爆破實(shí)施時(shí)間：預(yù)裂爆破應(yīng)與采掘工作在時(shí)間和空間上協(xié)調(diào)進(jìn)行，預(yù)先在頂板巖層中產(chǎn)生人工裂縫，弱化頂板；基于回采支承壓力分布和預(yù)裂爆破施工；預(yù)裂爆破施工距離煤壁的距離d為：d≥l+s，式中：l為回采支承壓力影響范圍，s為預(yù)裂爆破施工期間工作面推進(jìn)距離；

12、預(yù)裂爆破高度：預(yù)裂爆破高度介于最低有效層位和最高層位之間,根據(jù)關(guān)鍵層理論判斷出上覆硬巖層所在層位，預(yù)裂爆破最高層位根據(jù)上覆巖層綜合情況和數(shù)值模擬結(jié)果確定；最低有效層位根據(jù)以下計(jì)算公式確定；預(yù)裂爆破最低有效高度hmin：式中：hmin-預(yù)裂爆破最低有效高度，單位，米(m)；m-煤礦工作面開采高度，單位，米(m)；kp--巖石破碎后體積膨脹系數(shù)；

13、炮孔間距：炮孔間距應(yīng)小于2倍的炸藥所產(chǎn)生的裂隙長(zhǎng)度；

14、炮孔傾角：炮孔傾角的角度為5～15°；

15、切頂方向：建立數(shù)值模擬計(jì)算模型，對(duì)不同切頂方向進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算驗(yàn)證。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述切頂方向的分析具體包括以下步驟：

16、s41：建立數(shù)值模擬計(jì)算模型，先將其計(jì)算至初始平衡狀態(tài)，然后運(yùn)行計(jì)算得到不切頂卸壓情況下的工作面回采時(shí)采動(dòng)應(yīng)力演化規(guī)律，并將其結(jié)果記為甲；

17、s42：再調(diào)回初始平衡狀態(tài)，分別運(yùn)算不同切頂方向、角度情況下切頂卸壓后采動(dòng)應(yīng)力演化規(guī)律，并將其結(jié)果記為乙；

18、s43：再將甲、乙結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，分析切頂前、后及不同切頂參數(shù)下對(duì)應(yīng)力的阻斷或減弱效果，得到最佳的切頂方向和角度。

19、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟五中爆破施工的具體步驟為：

20、s51：鉆孔施工完畢后再進(jìn)行裝藥前，先進(jìn)行探孔；

21、s52：采用不耦合裝藥方式向爆破孔內(nèi)裝填炸藥，使用加工后的pvc管將每個(gè)爆破孔所需的炸藥逐卷裝入孔內(nèi)，同時(shí)完成制作導(dǎo)爆索相關(guān)爆破作業(yè)；

22、s53：當(dāng)裝藥長(zhǎng)度達(dá)到預(yù)裂爆破參數(shù)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)要求后，使用水泥漿或其他適合的封孔材料，按照“一堵一注”或“兩堵一注”的封孔方式完成封孔作業(yè)，等待預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)，漿液凝固后再引爆。

23、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述礦壓監(jiān)測(cè)站與傳感器組件連接，并接收傳感器組件發(fā)饋的礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送時(shí)間戳標(biāo)記，然后將其發(fā)送至服務(wù)器；所述服務(wù)器包括傳輸監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)和查看分析模塊；傳輸監(jiān)控模塊對(duì)礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸監(jiān)控和處理；數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；查看分析模塊用于工作人員通過(guò)智能終端查看礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并采集礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查看信息，對(duì)查看信息進(jìn)行分析處理。

24、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，傳輸監(jiān)控模塊的具體監(jiān)控過(guò)程為：

25、將礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接收到的時(shí)間與發(fā)送時(shí)間戳對(duì)應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行時(shí)間差計(jì)算得到數(shù)傳時(shí)長(zhǎng)，并將數(shù)傳時(shí)長(zhǎng)的數(shù)值用符號(hào)sc3表示；

26、獲取礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的傳輸優(yōu)先等級(jí)以及數(shù)訪值，其中，礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的傳輸優(yōu)先等級(jí)由服務(wù)器對(duì)應(yīng)的管理人員進(jìn)行設(shè)置，每個(gè)傳輸優(yōu)先等級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)傳優(yōu)值；

27、匹配傳輸優(yōu)先等級(jí)對(duì)應(yīng)的傳優(yōu)值，將傳優(yōu)值與數(shù)訪值進(jìn)行歸一化處理并提取兩者之間的數(shù)值，將數(shù)值依次標(biāo)記為fm1和sf2；將其代入傳延模型中輸出礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的傳延值cy；其中傳延模型為：

28、

29、其中，λ1、λ2為傳優(yōu)值與數(shù)訪值對(duì)應(yīng)的權(quán)重因子；qt為預(yù)設(shè)固定值；β1、β2均為預(yù)設(shè)換算系數(shù)；

30、獲取傳延值對(duì)應(yīng)的閾值一、閾值二、閾值三，其中閾值一＜閾值二＜閾值三；將傳延值與閾值一、閾值二、閾值三和閾值四進(jìn)行比對(duì)：

31、當(dāng)傳延值大于或等于閾值一且小于閾值二時(shí)，生成通信中轉(zhuǎn)指令，將傳延值除以預(yù)設(shè)中轉(zhuǎn)固定值并向下取整得到整數(shù)，匹配整數(shù)對(duì)應(yīng)數(shù)量個(gè)中轉(zhuǎn)器并將其與通信中轉(zhuǎn)指令發(fā)送至對(duì)應(yīng)管理人員的智能終端；管理人員將對(duì)應(yīng)中轉(zhuǎn)器依照順序等距布置；將礦壓監(jiān)測(cè)站依次與中轉(zhuǎn)器無(wú)線通信或光纖連接，并由最后一個(gè)中轉(zhuǎn)器與服務(wù)器連接，以構(gòu)成礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整條傳輸通信線路；

32、當(dāng)傳延值大于或等于閾值二且小于閾值三時(shí)，生成維護(hù)中轉(zhuǎn)指令，將傳延值除以預(yù)設(shè)中轉(zhuǎn)固定值并向上取整得到整數(shù)，匹配整數(shù)對(duì)應(yīng)數(shù)量個(gè)中轉(zhuǎn)器并將其與維護(hù)中轉(zhuǎn)指令發(fā)送至對(duì)應(yīng)管理人員的智能終端；管理人員對(duì)礦壓監(jiān)測(cè)站對(duì)應(yīng)的通信線路進(jìn)行維護(hù)檢修，檢修完成后，將對(duì)應(yīng)中轉(zhuǎn)器依照順序等距布置；將礦壓監(jiān)測(cè)站依次與中轉(zhuǎn)器無(wú)線通信或光纖連接，并由最后一個(gè)中轉(zhuǎn)器與服務(wù)器連接，以構(gòu)成礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整條傳輸通信線路；

33、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)查看信息進(jìn)行處理以得到數(shù)訪值的具體過(guò)程為：

34、將查看時(shí)間依據(jù)時(shí)間先后順序進(jìn)行排序，計(jì)算相鄰兩個(gè)查看時(shí)間之間的時(shí)間差值得到訪問(wèn)間隔時(shí)長(zhǎng)；將所有的訪問(wèn)間隔時(shí)長(zhǎng)的數(shù)值依據(jù)順序進(jìn)行排序并標(biāo)記為fti，i＝1，2，……，m；i表示訪問(wèn)間隔時(shí)長(zhǎng)的編號(hào)；m表示訪問(wèn)間隔時(shí)長(zhǎng)的總數(shù)量；代入預(yù)設(shè)公式得到訪時(shí)波值fz；其中fs1、fs2為預(yù)設(shè)權(quán)重占比；

35、將所有查看時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行平均值計(jì)算得到查看均值；將訪時(shí)波值、查看均值、查看次數(shù)進(jìn)行歸一化處理提取三者歸一化處理后的數(shù)值，以查看均值和查看次數(shù)的數(shù)值為兩直角邊，構(gòu)建直角三角形，選取直角三角形的直角點(diǎn)，以該直角點(diǎn)為起始點(diǎn)，以訪時(shí)波值為高構(gòu)建三棱錐，計(jì)算三棱錐的體積并提取體積的數(shù)值，將該數(shù)值標(biāo)記為數(shù)訪值并發(fā)送至數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存儲(chǔ)。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

37、1、本發(fā)明詳細(xì)表述了深孔爆破切頂施工技術(shù)的參數(shù)確定方法，在設(shè)計(jì)方案時(shí)可以便捷設(shè)計(jì)出最優(yōu)的預(yù)裂切頂方案；

38、2、本發(fā)明施工采用深孔爆破方法，可以做到只對(duì)頂板內(nèi)部的傳遞應(yīng)力的關(guān)鍵巖層進(jìn)行爆破弱化，不會(huì)造成頂板直接頂破碎等危險(xiǎn)情況，可以確保巷道內(nèi)人員和設(shè)備的安全；

39、3、發(fā)明涉及的施工技術(shù)在施工時(shí)采取分段施工方法，可以有效避免一次性大量施工引起的工序銜接難、巷道受爆破沖擊等問(wèn)題。