CN101915098A - 水力割缝防治冲击地压的方法 - Google Patents
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Abstract
一种水力割缝防治冲击地压的方法,根据具体煤矿冲击的地质、采矿条件及冲击地压特点,利用不同方式的水力割缝防治冲击地压。对于煤柱型冲击,采用煤层深部径向水力割缝防治冲击地压;对于底臌型冲击,采用在巷道两侧底脚径向水力割缝防治冲击地压;对于构造型或动压型冲击,采用环向水力割缝或环向、深部径向水力割缝相结合防治冲击地压。形成的缝槽群起到煤岩体卸压和屏蔽或减弱应力及变形能传播的作用,能够起到有效防治冲击地压的效果。该方法也可应用于防治煤与瓦斯突出、防治巷道变形和抽放卸压瓦斯,也可应用于金属矿山、隧道或煤矿的岩爆防治。
Description
技术领域
本发明涉及一种防治冲击地压的方法,尤其是一种适用于采掘空间周围煤岩体的水力割缝防治冲击地压的方法,属矿山压力和矿山安全技术领域。
背景技术
在矿山采掘工程或隧道工程中,当采掘空间或隧道周围的应力超过煤岩体的承载能力时,会出现煤岩体的突然动力性破坏,向采掘空间或隧道空间瞬间大量变形或弹射,并释放大量的弹性能,这就是冲击地压(金属矿山或隧道称岩爆)。冲击地压严重影响矿山的安全及生产,能造成采掘空间或隧道的严重变形破坏、人员死亡和设备损坏、移位等;含瓦斯煤层发生冲击时还会引起煤层或采空区瓦斯大量涌出,遇火易引发瓦斯***(如安徽淮北2003年“5.13”顶板冲击引起采空区瓦斯大量涌出引发瓦斯***,死亡84人;阜新孙家湾煤矿2005年“2.14”冲击地压事故引发瓦斯***死亡214人)。目前我国大多数采深较大的煤矿出现了冲击地压等动力现象,并且随采深的加大,有冲击危险的矿井数和冲击危险程度日趋严重,原来没有冲击危险的矿区或矿井出现了严重的冲击地压现象或事故,如兖州矿区、鸡西矿区、七台河矿区、平顶山矿区、淮南矿区等。
目前治理冲击地压的方法主要有开采保护层、煤层注水、卸压钻孔、顶板断裂和卸压***(或松动***)等。在采掘工作面及巷道防治冲击地压,煤层注水和卸压***是最常用的措施,是通过降低煤层的弹性能及转移应力峰值而减弱或转移冲击地压的,措施有效性是有限的,对于冲击危险性特别严重的只能减弱或转移冲击,并且煤层注水易引起围岩和巷道变形,卸压***易诱发冲击。
发明内容
技术问题:本发明的目的是提供一种水力割缝防治冲击地压的方法,通过水力割缝在采掘空间周围煤岩体内形成缝槽来防治冲击地压。
技术方案:本发明水力割缝防治冲击地压的方法:根据具体煤矿冲击的地质、采矿条件及冲击地压特点,采用高压水对煤柱型冲击地压、底臌型冲击地压、构造型或动压型冲击地压进行水力割缝,分别如下:
煤柱型冲击地压:向煤层方向施工单排或多排钻孔,孔深5~12m,由孔底往外至距孔口2~3m处,采用深部径向水力割缝,在煤层中形成深部径向缝槽,使煤岩层卸压,防止煤柱型冲击地压的发生,并减弱煤柱型冲击地压发生时的应力和能量传递及对巷道的破坏;
底臌型冲击地压:采用在巷道两侧底脚径向水力割缝,在巷道两侧底脚处施工多个底脚径向缝槽,以降低巷道底板的应力集中程度,防止底臌型冲击地压的发生,并减弱底臌型冲击地压发生时的应力和能量传递及对巷道底板的破坏;
构造型或动压型冲击地压:采用在巷道周边煤层内环向水力割缝或环向、深部径向水力割缝,在巷道周边的煤层中施工环向缝槽或环向缝槽和深部径向缝槽,使巷道围岩在径向方向上或径向、环向两方向均卸压,防止构造型或动压型冲击地压的发生,并屏蔽或减弱冲击地压发生时的应力和能量传递及对巷道的破坏,环向缝槽为一层或多层。
所述的高压水为高压水射流、磨料水射流或旋转水射流;所述高压水的压力为25~100MPa、流量为5~80L/min;所述深部径向缝槽的深度为5-12m,深部径向缝槽的半径为300-1000mm,宽度为15-50mm;所述的底脚径向缝槽的宽度为20mm-120mm,其深度为300~1500mm;所述的环向缝槽为单层或多层,单层环向缝槽或多层环向缝槽最外一层距煤壁的距离为3~5m,环向缝槽的半径为300-1000mm,宽度为15-50mm。
有益效果:该方法提供了一种全方位防治冲击地压的技术方法,可对各种类型的冲击地压进行治理。根据具体煤矿冲击的地质、采矿条件及冲击地压特点,利用不同方式的水力割缝形成缝槽群防治冲击地压,缝槽群起到使煤岩体卸压和屏蔽或减弱应力及变形能传递的作用,能够起到有效防治冲击地压的效果。深部径向缝槽相当于在煤岩体内开采了一层极薄的保护层,能够有效释放煤岩体内的弹性能和应力;环向缝槽在煤岩体内形成了强-弱-强结构,能够释放部分应力,更主要的是能够有效屏蔽或减弱煤岩体弹性能或应力的传播,削除或减弱冲击致灾程度;巷道底脚径向缝槽能够有效释放巷道底板积聚的弹性能和应力。因此,形成的缝槽群能够有效防治冲击地压。该方法也可应用于防治煤与瓦斯突出、防治巷道变形和抽放卸压瓦斯,也可应用于金属矿山、隧道或煤矿的岩爆,应用于防治煤与瓦斯突出和煤层增透排放或抽放瓦斯时,采用深部径向水力割缝或环向水力割缝的方法。该方法也可应用于防治煤与瓦斯突出、防治巷道变形和抽放卸压瓦斯。深部径向缝槽相当于在煤岩体内开采了一层极薄的保护层,能够有效释放煤岩体内的弹性能和应力,也能够有效释放或缓解顶板剧烈活动时释放的弹性能;环向缝槽在煤岩体内形成了强-弱-强结构,能够释放部分应力,更主要的是能够有效屏蔽或减弱煤岩体弹性能或应力的传播,削除或减弱冲击致灾程度;巷道底脚径向缝槽能够有效释放巷道底板积聚的弹性能和应力。因此,形成的缝槽群能够有效防治冲击地压,避免出现巷道破坏或变形。
附图说明
图1是本发明水力割缝防治冲击地压的流程图。
图2是本发明深部径向水力割缝防治冲击地压示意图。
图3是本发明巷道两侧底脚径向水力割缝防治冲击地压示意图。
图4是本发明环向水力割缝防治冲击地压示意图。
图中:1-钻孔,2-深部径向缝槽,3-底脚径向缝槽,4-环向缝槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述:
图1所示,本发明水力割缝防治冲击地压的流程图。首先在巷道或工作面内确定水力割缝区域,根据具体煤矿历史或将来可能发生冲击地压的地质、采矿条件及冲击地压特点、类型,对于不同类型的冲击地压采用不同的水力割缝方式防治冲击地压。在选定水力割缝防治地压的区域,布置好水力割缝装备,水力割缝装备包括压力泵、与泵连接的高压水管和水力割缝喷头,水力割缝所用的高压水可为高压水射流、磨料水射流或旋转水射流,压力为25~100MPa,流量为5~80L/min。
1、对于煤柱型冲击地压:采用煤层深部径向水力割缝防治冲击地压方式,如图2(a)所示,首先在巷道向煤层内打钻到预定位置,每个钻孔1的深度为5-12m,退出钻杆;将水力割缝喷头送入孔底,开启水泵开始向钻孔两侧割缝;边割缝边退喷头及水管,形成的深部径向缝槽的半径为300-1000mm,宽度为15-50mm;当割缝至距孔口或煤壁的距离为2~3m时停止割缝,关闭水泵,退出喷头和水管,完成该钻孔的深部径向水力割缝;可继续进行下一个钻孔及深部径向水力割缝;如煤层较薄,采用单层钻孔和深部径向缝槽即可,钻孔及深部径向缝槽位于煤层中间;煤层较厚大于1.5m时,采用两层以上的多层交替钻孔和深部径向缝槽,图2(b)所示。
2、对于底臌型冲击地压:采用在巷道两侧底脚径向水力割缝防治冲击地压,如图3所示。用直射水力喷头对准巷道两侧底脚,直接冲割成缝槽,边移动边冲割;底脚径向缝槽3的宽度为20mm-120mm,深度为300~1500mm;长度方向可为连续缝槽,也可为间断式缝槽。
3、对于构造型或动压型冲击:采用环向水力割缝或环向、深部径向水力割缝相结合防治冲击地压。采用环向水力割缝时,如图4(a、b),先在煤层内打钻到预定位置,钻孔1的深度为3-12m,退出钻杆;将旋转水力割缝喷头及水管送入孔底,开启水泵开始环向水力割缝;当煤屑大量减少时,停止环向水力割缝,该环向缝槽4完成,形成的环向缝槽的半径为300-1000mm,宽度为15-50mm;将旋转水力喷头和水管退后2~3m,继续环向下一个环向缝槽的施工,但要保证距煤壁最近一个环向缝槽距煤壁的距离不小于3m,保证不割到锚杆或锚索;环向缝槽4可为一层或多层,单层时距煤壁的距离为3~5m,多层时距煤壁的距离为3~12m。利用同一个钻孔同时实施环向和深部径向水力割缝时,卸压及防冲效果最好。
4、对于同时出现底臌和煤壁变形的混合型冲击地压,可采用深部径向水力割缝、环向水力割缝和底脚径向水力割缝相结合防治冲击地压。
5、该方法应用于防治煤与瓦斯突出和煤层增透排放或抽放瓦斯时,采用深部径向水力割缝或环向水力割缝。
Claims (7)
1.一种水力割缝防治冲击地压的方法,其特征在于:根据具体煤矿冲击的地质、采矿条件及冲击地压特点,采用高压水对煤柱型冲击地压、底臌型冲击地压、构造型或动压型冲击地压进行水力割缝,分别如下:
煤柱型冲击地压:向煤层方向施工单排或多排钻孔,孔深5~12m,由孔底往外至距孔口2~3m处,采用深部径向水力割缝,在煤层中形成深部径向缝槽(2),使煤岩层卸压,防止煤柱型冲击地压的发生,并减弱煤柱型冲击地压发生时的应力和能量传递及对巷道的破坏;
底臌型冲击地压:采用在巷道两侧底脚径向水力割缝,在巷道两侧底脚处施工多个底脚径向缝槽(3),以降低巷道底板的应力集中程度,防止底臌型冲击地压的发生,并减弱底臌型冲击地压发生时的应力和能量传递及对巷道底板的破坏;
构造型或动压型冲击地压:采用在巷道周边煤层内环向水力割缝或环向、深部径向水力割缝,在巷道周边的煤层中施工环向缝槽(4)或环向缝槽(4)和深部径向缝槽(2),使巷道围岩在径向方向上或径向、环向两方向均卸压,防止构造型或动压型冲击地压的发生,并屏蔽或减弱冲击地压发生时的应力和能量传递及对巷道的破坏。
2.根据权利要求1所述的水力割缝防治冲击地压的方法,其特征在于:所述的高压水为高压水射流、磨料水射流或旋转水射流。
3.根据权利要求1或2所述的水力割缝防治冲击地压的方法,其特征在于:所述高压水的压力为25~100MPa、流量为5~80L/min。
4.根据权利要求1所述的水力割缝防治冲击地压的方法,其特征在于:所述深部径向缝槽(2)的深度为5-12m,深部径向缝槽(2)的半径为300-1000mm,宽度为15-50mm。
5.根据权利要求1所述的水力割缝防治冲击地压的方法,其特征在于:所述的底脚径向缝槽(3)的宽度为20mm-120mm,其深度为300~1500mm。
6.根据权利要求1所述的水力割缝防治冲击地压的方法,其特征在于:所述的环向缝槽(4)为单层或多层,单层环向缝槽或多层环向缝槽最外一层距煤壁的距离为3~5m。
7.根据权利要求1或6所述的水力割缝防治冲击地压的方法,其特征在于:所述环向缝槽(4)的半径为300-1000mm,宽度为15-50mm。
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