本申請(qǐng)涉及煤礦開采的，具體涉及一種末采時(shí)切頂卸壓護(hù)巷優(yōu)化停采線煤柱的作業(yè)方法。

背景技術(shù)：

1、巷道是在地表與礦體之間鉆鑿出的各種通道，用來(lái)運(yùn)輸、回采、通風(fēng)排水、行人以及各種必要準(zhǔn)備工程等的通道。其按照用途一般分為開拓巷道、準(zhǔn)備巷道和回采巷道，其中開拓巷道包括運(yùn)輸大巷、軌道大巷、回風(fēng)大巷等從地面到采區(qū)的通道，回采巷道包括開切眼、回采工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷。

2、煤礦井下開采進(jìn)入到末采階段時(shí)，回采工作面回采至原停采線附近，由于回采工作面在回采過(guò)程中的向前推進(jìn)，使大巷處于采動(dòng)影響范圍內(nèi)，直接影響大巷的圍巖穩(wěn)定性，巷道變形嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響井下運(yùn)輸、通風(fēng)、行人等正常作業(yè)，容易造成危險(xiǎn)。

3、為了解決上述問題，通常采用掘進(jìn)回撤通道，在回撤通道內(nèi)垂直鉆孔并通過(guò)爆破或水壓致裂切頂卸壓的方式進(jìn)行末采，但是其存在操作復(fù)雜，成本較高，作業(yè)效率低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)缺陷之一，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N末采時(shí)切頂卸壓護(hù)巷優(yōu)化停采線煤柱的作業(yè)方法。

2、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N末采時(shí)切頂卸壓護(hù)巷優(yōu)化停采線煤柱的作業(yè)方法，包括以下步驟：

3、s10，采集作業(yè)位置的工程地質(zhì)概況，并根據(jù)采集的工程地質(zhì)概況確定鉆場(chǎng)位置、切頂高度、扇形孔參數(shù)和水力壓裂參數(shù)；

4、s20，根據(jù)確定的鉆場(chǎng)位置在原始停采線附近布設(shè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)分別布設(shè)于回采工作面的兩側(cè)；

5、s30，根據(jù)確定的切頂高度、扇形孔參數(shù)在鉆場(chǎng)內(nèi)設(shè)置扇形孔，然后根據(jù)確定的切頂高度、水力壓裂參數(shù)在扇形孔內(nèi)進(jìn)行水力壓裂，以切斷頂板巖層、減小大巷圍巖的壓力；所述扇形孔包括多個(gè)鉆孔，多個(gè)鉆孔均向回采工作面的中部?jī)A斜設(shè)置；

6、s40，回采工作面推進(jìn)至原始停采線時(shí)繼續(xù)回采，同時(shí)對(duì)擬保護(hù)大巷的兩幫進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)擬保護(hù)大巷圍巖變形破壞情況；當(dāng)擬保護(hù)大巷圍巖的變形速率超過(guò)預(yù)警值時(shí)，立即停止回采，形成新停采線；

7、新停采線與原始停采線之間的距離即為優(yōu)化的停采線煤柱寬度。

8、優(yōu)選地，所述步驟s10，采集作業(yè)位置的工程地質(zhì)概況，具體包括：

9、s101，采集回采工作面和擬保護(hù)大巷的工程地質(zhì)概況，包括煤層傾角、大巷的掘進(jìn)作業(yè)規(guī)程、回采工作面回采作業(yè)規(guī)程、鉆孔柱狀圖、采掘工程平面圖、水文地質(zhì)條件、構(gòu)造情況及其采動(dòng)影響情況；

10、s102，采集擬保護(hù)大巷的圍巖地質(zhì)力學(xué)特征，以確定對(duì)回采工作面來(lái)壓起關(guān)鍵作用的頂板巖層的層位和厚度；所述圍巖地質(zhì)力學(xué)特征包括大巷頂板巖層的巖性及其層厚、圍巖物理力學(xué)特性、地應(yīng)力狀態(tài)、回采工作面來(lái)壓步距、采空區(qū)碎脹系數(shù)。

11、更優(yōu)選地，所述步驟s10，根據(jù)采集的工程地質(zhì)概況確定鉆場(chǎng)位置、切頂高度、扇形孔參數(shù)和水力壓裂參數(shù)，具體包括：

12、s103，確定鉆場(chǎng)位置；

13、s104，根據(jù)對(duì)回采工作面來(lái)壓起關(guān)鍵作用的頂板巖層的層位和厚度、煤層傾角確定扇形孔參數(shù)，所述扇形孔參數(shù)包括：扇形孔與停采線的相對(duì)位置、孔間距、鉆孔數(shù)量、鉆孔長(zhǎng)度和鉆孔角度；

14、s105，根據(jù)所壓裂巖層中巖石的單軸抗拉強(qiáng)度及地應(yīng)力狀態(tài)確定水力壓裂參數(shù)，所述水力壓裂參數(shù)包括：水力壓力、致裂方向和壓裂區(qū)段；

15、s106，計(jì)算切頂高度h：

16、

17、式中：為不同巖層碎脹高度總和，單位為m；m為開采煤層厚度，單位為m；kp為采空區(qū)平均碎脹系數(shù)。

18、更優(yōu)選地，所述步驟s104，根據(jù)對(duì)回采工作面來(lái)壓起關(guān)鍵作用的頂板巖層的層位和厚度、煤層傾角確定扇形孔參數(shù)，具體包括：

19、(1)近水平煤層傾角為＜8°，對(duì)稱布置2組鉆孔，一組為6～12個(gè)鉆孔；

20、(2)緩傾斜煤層傾角為8～25°，采場(chǎng)上部為5～11個(gè)鉆孔，采場(chǎng)下部鉆孔的數(shù)量布置為相較于采場(chǎng)上部鉆孔增加1～2個(gè)；

21、(3)中斜煤層傾角為25～45°，采場(chǎng)上部為4～10個(gè)鉆孔，采場(chǎng)下部鉆孔的數(shù)量布置為相較于采場(chǎng)上部鉆孔增加3～4個(gè)；

22、(4)急傾斜煤層傾角為＞45°，采場(chǎng)上部為3～9個(gè)鉆孔，采場(chǎng)下部鉆孔的數(shù)量布置為相較于采場(chǎng)上部鉆孔增加5～6個(gè)。

23、更優(yōu)選地，所述步驟s30，根據(jù)水力壓裂參數(shù)在扇形孔內(nèi)進(jìn)行水力壓裂，以切斷頂板巖層、減小大巷圍巖的壓力，具體包括：

24、在鉆場(chǎng)內(nèi)布置高壓注水泵；

25、通過(guò)高壓注水泵在每個(gè)鉆孔內(nèi)采用后退式進(jìn)行多次水力壓裂，按照每2m壓裂一次、每次壓裂≥30min的頻率進(jìn)行水力壓裂，直到水壓壓力急劇下降時(shí)停止本次水力壓裂；重復(fù)上述步驟直到頂板巖層完全壓裂。

26、優(yōu)選地，所述步驟s40中，大巷圍巖變形破壞情況包括：頂板下沉量、底鼓量、兩幫移進(jìn)量和頂板離層情況。

27、采用本申請(qǐng)中提供的末采時(shí)切頂卸壓護(hù)巷優(yōu)化停采線煤柱的作業(yè)方法，通過(guò)水力壓裂進(jìn)行切頂，提高了大巷圍巖的穩(wěn)定性，優(yōu)化了停采線煤柱的寬度，進(jìn)一步提高了煤炭資源的回收率，增加了經(jīng)濟(jì)效益；工作周期短、減小了成本、提高了末采的作業(yè)效率，解決了現(xiàn)有技術(shù)中需要掘進(jìn)回撤通道，在回撤通道內(nèi)垂直鉆孔并通過(guò)爆破或水壓致裂切頂卸壓的操作存在復(fù)雜、成本較高、作業(yè)效率低下的問題。由于頂板巖層中部相較于兩側(cè)來(lái)說(shuō)容易破斷，多個(gè)鉆孔的扇形分布，使頂板巖層的兩側(cè)的鉆孔較為密集，頂板巖層中部的鉆孔較為稀疏，在頂板巖層的巖性和厚度基本相同的情況下，對(duì)頂板巖層的切頂卸壓效果更好。

28、本申請(qǐng)的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中進(jìn)行闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見，或者通過(guò)實(shí)施本申請(qǐng)而了解。本申請(qǐng)的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫的說(shuō)明書以及附圖中所指出的內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種末采時(shí)切頂卸壓護(hù)巷優(yōu)化停采線煤柱的作業(yè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的末采時(shí)切頂卸壓護(hù)巷優(yōu)化停采線煤柱的作業(yè)方法，其特征在于，所述步驟s10，采集作業(yè)位置的工程地質(zhì)概況，具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的末采時(shí)切頂卸壓護(hù)巷優(yōu)化停采線煤柱的作業(yè)方法，其特征在于，所述步驟s10，根據(jù)采集的工程地質(zhì)概況確定鉆場(chǎng)位置、切頂高度、扇形孔參數(shù)和水力壓裂參數(shù)，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的末采時(shí)切頂卸壓護(hù)巷優(yōu)化停采線煤柱的作業(yè)方法，其特征在于，所述步驟s104，根據(jù)對(duì)回采工作面來(lái)壓起關(guān)鍵作用的頂板巖層的層位和厚度、煤層傾角確定扇形孔參數(shù)，具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的末采時(shí)切頂卸壓護(hù)巷優(yōu)化停采線煤柱的作業(yè)方法，其特征在于，所述步驟s30，根據(jù)水力壓裂參數(shù)在扇形孔內(nèi)進(jìn)行水力壓裂，以切斷頂板巖層、減小大巷圍巖的壓力，具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的末采時(shí)切頂卸壓護(hù)巷優(yōu)化停采線煤柱的作業(yè)方法，其特征在于，所述步驟s40中，大巷圍巖變形破壞情況包括：頂板下沉量、底鼓量、兩幫移進(jìn)量和頂板離層情況。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N末采時(shí)切頂卸壓護(hù)巷優(yōu)化停采線煤柱的作業(yè)方法，包括：S10，采集作業(yè)位置的工程地質(zhì)概況，根據(jù)其確定鉆場(chǎng)位置、切頂高度、扇形孔參數(shù)和水力壓裂參數(shù)；S20，根據(jù)鉆場(chǎng)位置在原始停采線附近布設(shè)鉆場(chǎng)；S30，根據(jù)切頂高度、扇形孔參數(shù)在鉆場(chǎng)內(nèi)設(shè)置扇形孔，根據(jù)切頂高度、水力壓裂參數(shù)在扇形孔內(nèi)進(jìn)行水力壓裂；S40，回采工作面推進(jìn)至原始停采線時(shí)繼續(xù)回采，對(duì)大巷的兩幫進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)擬保護(hù)大巷圍巖變形破壞情況；當(dāng)大巷圍巖的變形速率超過(guò)預(yù)警值時(shí)，立即停止回采，形成新停采線；新停采線與原始停采線之間的距離為優(yōu)化的停采線煤柱寬度；具有提高大巷圍巖穩(wěn)定性、優(yōu)化停采線寬度、切頂卸壓效果好的有益效果；適用于煤礦開采領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：郭俊慶,袁一博,郗澤濤,任霄洋,王昱清,王濤,向德成,王恒,劉鵬輝,李恒忠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：太原理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10