一種煤礦開(kāi)采中煤體沖擊災(zāi)害的防治方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦開(kāi)采中煤體沖擊災(zāi)害的防治方法，屬于防治沖擊地壓技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭工業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其健康、穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展是關(guān)系到國(guó)家能源安全的重大問(wèn)題。在煤礦井下，頂?shù)装鍘r層對(duì)煤層具有巨大的相互擠壓作用，尤其是長(zhǎng)臂梁和砌體梁對(duì)回采煤體產(chǎn)生的傾斜作用力以及上區(qū)段采空區(qū)破碎頂板對(duì)區(qū)段煤柱的傾斜擠壓作用，勢(shì)必會(huì)使煤層產(chǎn)生相對(duì)頂?shù)装寤瑒?dòng)的趨勢(shì)，若煤巖層間的摩擦系數(shù)較大，就會(huì)阻擋煤層的相對(duì)滑動(dòng)，使得煤層中集聚大量彈性能。當(dāng)水平方向的推力大于摩擦阻力或煤體的抗剪強(qiáng)度，就會(huì)造成煤層的突然滑移失穩(wěn)或沖擊破碎，能量釋放，從而發(fā)生煤體沖擊事故，不僅造成井巷破壞、工作面掩埋、人員傷亡、地面建筑物破壞，還會(huì)引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸以及水災(zāi)，干擾通風(fēng)系統(tǒng)，嚴(yán)重威脅著煤礦的生產(chǎn)安全。近年來(lái)，隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采深度的不斷加深，煤巖動(dòng)力災(zāi)害日益嚴(yán)重，煤體沖擊災(zāi)害越來(lái)越成為影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。從煤礦的開(kāi)采實(shí)踐來(lái)看，煤體沖擊災(zāi)害數(shù)量將逐漸增多，煤體沖擊災(zāi)害將更加嚴(yán)重。防治煤體沖擊的傳統(tǒng)方法主要有煤體大直徑鉆孔卸壓、煤體內(nèi)注水卸壓、煤體卸壓爆破以及堅(jiān)硬頂板爆破預(yù)卸壓等措施，這些方法有一定的效果，但是也有卸壓措施較為單一、防治方法不夠系統(tǒng)、效果不夠明顯、存在局限性等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種煤礦開(kāi)采中煤體沖擊災(zāi)害的防治方法，通過(guò)降低煤體與頂?shù)装鍘r層之間的摩擦系數(shù)，在頂?shù)装鍋?lái)壓時(shí)可使煤體相對(duì)頂?shù)装鍘r層滑動(dòng)，降低煤體內(nèi)的彈性能積聚，從而將有效減弱或消除煤體滑移失穩(wěn)或破碎沖擊的發(fā)生的幾率。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:該種煤礦開(kāi)采中煤體沖擊災(zāi)害的防治方法，其具體步驟為:
[0005]A、確定摩擦阻力系數(shù):從礦井回采現(xiàn)場(chǎng)采集煤體試樣及頂?shù)装鍘r樣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室粘滑實(shí)驗(yàn)以及比例計(jì)算確定煤體試樣與頂?shù)装鍘r樣的摩擦系數(shù)；
[0006]B、確定現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施相關(guān)參數(shù):現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到煤體所受頂?shù)装鍘r層的作用力N的大小，根據(jù)煤體所受軸向應(yīng)力F的大小及實(shí)驗(yàn)室測(cè)得摩擦系數(shù)μ，確定所需材料鉆孔大小、深度以及所需注入的水及細(xì)粒煤巖粉量或其他潤(rùn)滑材料量從而降低實(shí)驗(yàn)室測(cè)得摩擦系數(shù)μ，使得
[0007]F = μ Ν ;
[0008]C、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施:根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及計(jì)算所得材料鉆孔大小、深度以及所需水及細(xì)粒煤巖粉量或其他潤(rùn)滑材料量，在煤體回采前的兩巷內(nèi)煤體與頂?shù)装鍘r層之間實(shí)施材料鉆孔并高壓注入水及細(xì)粒煤巖粉或其他已知的潤(rùn)滑材料；
[0009]D、效果檢驗(yàn):上述措施實(shí)施后，在頂板破斷來(lái)壓期間，在回采兩巷內(nèi)實(shí)施監(jiān)測(cè)煤體位移量(即通過(guò)測(cè)量巷道兩幫的移近量確定)，確定增滑效果并根據(jù)監(jiān)測(cè)效果確定再次實(shí)施增滑措施相關(guān)參數(shù)。
[0010]進(jìn)一步，在步驟D中實(shí)施增滑效果的同時(shí)通過(guò)增加煤柱加強(qiáng)兩巷的支護(hù)強(qiáng)度。
[0011]煤體滑移沖擊原理:
[0012]—方面，在煤礦井下回采過(guò)程中，在懸臂梁和砌體梁的綜合作用下對(duì)煤層產(chǎn)生水平和豎直兩個(gè)方向的作用力。隨著工作面不斷推進(jìn)，懸臂梁長(zhǎng)度不斷增長(zhǎng)，同時(shí)其對(duì)煤體作用力也不斷增加。由于煤體與頂?shù)装鍘r層間存在摩擦阻力作用，煤層很難發(fā)生滑動(dòng)，這樣由于作用力的不斷增加，煤體中集聚的彈性能不斷積累，最后水平方向的推力大于摩擦阻力或煤體的抗剪強(qiáng)度，從而造成煤體突然滑移或沖擊破碎，即發(fā)生回采煤體沖擊災(zāi)害。
[0013]另一方面，上區(qū)段采空區(qū)頂板垮落之后，垮落頂板對(duì)兩工作面間的煤柱產(chǎn)生側(cè)向擠壓作用，這一作用力同樣可以分解為水平和豎直兩個(gè)方向。隨著上覆巖層的不斷垮落，垮落頂板對(duì)煤柱的擠壓作用不斷增加，煤柱內(nèi)積聚能量不斷增加，當(dāng)水平方向的推力大于摩擦阻力或煤體的抗剪強(qiáng)度，能量釋放，煤柱滑移失穩(wěn)或破碎突出，從而誘發(fā)煤柱沖擊破壞。
[0014]本發(fā)明通過(guò)在煤體回采前的兩巷內(nèi)煤體與頂?shù)装鍘r層之間實(shí)施材料鉆孔及高壓注入水及細(xì)粒煤巖粉或其他已知的潤(rùn)滑材料，從而降低摩擦系數(shù)μ ;當(dāng)摩擦阻力系數(shù)μ降低時(shí)，發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)所需推動(dòng)力F也隨之降低，因此接觸面上更容易發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。這樣在頂?shù)装鍘r層來(lái)壓時(shí)，煤體與頂?shù)装鍘r層會(huì)發(fā)生相對(duì)互動(dòng)，這樣煤巖體內(nèi)就會(huì)很難產(chǎn)生彈性能積聚，最終將有效減弱或消除煤體滑移失穩(wěn)或破碎沖擊的發(fā)生的幾率，實(shí)現(xiàn)煤體沖擊災(zāi)害的有效防治。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是砌體梁、長(zhǎng)臂梁對(duì)回采煤體作用示意圖。
[0016]圖2是上區(qū)段垮落頂板對(duì)區(qū)段煤柱作用示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明中粘滑實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施示意圖。
[0019]圖中:1、煤體；2、偽頂及直接頂；3、老頂；4、上覆巖層；5、采空區(qū)；6、煤柱；7、巷道；8、煤體試樣；9、頂?shù)装鍘r樣；10、頂?shù)装鍘r層；12、鉆孔。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]如圖1至圖4所示，本發(fā)明的具體步驟為:
[0022]Α、確定摩擦阻力系數(shù):從礦井回采現(xiàn)場(chǎng)采集煤體試樣8及頂?shù)装鍘r樣9，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室粘滑實(shí)驗(yàn)以及比例計(jì)算確定煤體試樣8與頂?shù)装鍘r樣9的摩擦系數(shù)；具體將煤巖樣按頂板-底板-煤層組合在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行剪切滑移實(shí)驗(yàn)，設(shè)定一個(gè)軸向力Ν，對(duì)煤體試樣8施加水平方向力F直到煤體試樣8發(fā)生滑動(dòng)，根據(jù)剪切應(yīng)力及垂直應(yīng)力計(jì)算摩擦阻力系數(shù):
[0023]μ = F/N
[0024]Β、確定現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施相關(guān)參數(shù):煤礦井下開(kāi)采前，在煤體內(nèi)打鉆孔12安裝鉆孔應(yīng)力計(jì)，可實(shí)施采集煤體1所受頂?shù)装鍘r層10的作用力Ν的大小，根據(jù)煤體1實(shí)際所受水平方向的剪切應(yīng)力F的大小及實(shí)驗(yàn)室測(cè)得摩擦系數(shù)μ進(jìn)行相似模擬實(shí)驗(yàn)，設(shè)定注入材料量形成對(duì)比，根據(jù)相似模擬實(shí)驗(yàn)確定所需材料鉆孔大小、深度以及所需注入的水及細(xì)粒煤巖粉量或其他潤(rùn)滑材料量從而降低實(shí)驗(yàn)室測(cè)得摩擦系數(shù)μ，使得
[0025]F = μ Ν ;
[0026]C、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施:根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及計(jì)算所得材料鉆孔大小、深度以及所需水及細(xì)粒煤巖粉量或其他潤(rùn)滑材料量，在煤體回采前的兩巷內(nèi)煤體1與頂?shù)装鍘r層10之間實(shí)施材料鉆孔并高壓注入水及細(xì)粒煤巖粉或其他已知的潤(rùn)滑材料；為了保證注入材料能夠充分覆蓋接觸面，鉆孔直徑一般選擇110mm左右(與大直徑卸壓鉆孔直徑相等)?；夭晒ぷ髅婷簬r體接觸面上鉆孔深度一般設(shè)定為工作面長(zhǎng)度的一半，鉆孔12垂直巷幫布置與煤體1兩側(cè)；巷道保護(hù)煤柱煤巖體接觸面上鉆孔12深度一般設(shè)定為煤柱6寬度的一半，鉆孔12垂直巷幫布置于當(dāng)前回采巷道一側(cè)；
[0027]D、效果檢驗(yàn):上述措施實(shí)施后，在頂板破斷來(lái)壓期間，在回采兩巷內(nèi)實(shí)施監(jiān)測(cè)煤體位移量(即通過(guò)測(cè)量巷道7兩幫的移近量確定)，確定增滑效果并根據(jù)監(jiān)測(cè)效果確定再次實(shí)施增滑措施相關(guān)參數(shù)。
[0028]進(jìn)一步，在步驟D中實(shí)施增滑效果的同時(shí)通過(guò)增加煤柱加強(qiáng)兩巷的支護(hù)強(qiáng)度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤礦開(kāi)采中煤體沖擊災(zāi)害的防治方法，其特征在于，其具體步驟為: A、確定摩擦阻力系數(shù):從礦井回采現(xiàn)場(chǎng)采集煤體試樣(8)及頂?shù)装鍘r樣(9)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室粘滑實(shí)驗(yàn)以及比例計(jì)算確定煤體試樣(8)與頂?shù)装鍘r樣(9)的摩擦系數(shù)； B、確定現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施相關(guān)參數(shù):現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到煤體所受頂?shù)装鍘r層(10)的作用力N的大小，根據(jù)煤體(1)所受軸向應(yīng)力F的大小及實(shí)驗(yàn)室測(cè)得摩擦系數(shù)μ，確定所需材料鉆孔(12)大小、深度以及所需注入的水及細(xì)粒煤巖粉量或其他潤(rùn)滑材料量從而降低實(shí)驗(yàn)室測(cè)得摩擦系數(shù)μ，使得F = μΝ ; C、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施:根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及計(jì)算所得材料鉆孔大小、深度以及所需水及細(xì)粒煤巖粉量或其他潤(rùn)滑材料量，在煤體回采前的兩巷內(nèi)煤體(1)與頂?shù)装鍘r層(10)之間實(shí)施材料鉆孔并高壓注入水及細(xì)粒煤巖粉或其他已知的潤(rùn)滑材料； D、效果檢驗(yàn):上述措施實(shí)施后，在頂板破斷來(lái)壓期間，在回采兩巷內(nèi)實(shí)施監(jiān)測(cè)煤體(1)位移量，確定增滑效果并根據(jù)監(jiān)測(cè)效果確定再次實(shí)施增滑措施相關(guān)參數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦開(kāi)采中煤體沖擊災(zāi)害的防治方法，其特征在于，在步驟D中實(shí)施增滑效果的同時(shí)通過(guò)增加煤柱(6)加強(qiáng)兩巷的支護(hù)強(qiáng)度。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種煤礦開(kāi)采中煤體沖擊災(zāi)害的防治方法，其具體步驟為：A、確定摩擦阻力系數(shù)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)室粘滑實(shí)驗(yàn)以及比例計(jì)算確定煤體試樣與頂?shù)装鍘r樣的摩擦系數(shù)；B、確定現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施相關(guān)參數(shù)：確定所需材料鉆孔大小、深度以及所需注入的水及細(xì)粒煤巖粉量或其他潤(rùn)滑材料量從而降低實(shí)驗(yàn)室測(cè)得摩擦系數(shù)μ；C、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施：根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及計(jì)算所得情況，在煤體回采前的兩巷內(nèi)進(jìn)行實(shí)施；D、效果檢驗(yàn)：確定增滑效果并根據(jù)監(jiān)測(cè)效果確定再次實(shí)施增滑措施相關(guān)參數(shù)。在頂?shù)装鍋?lái)壓時(shí)可使煤體相對(duì)頂?shù)装鍘r層滑動(dòng)，降低煤體內(nèi)的彈性能積聚，從而將有效減弱或消除煤體滑移失穩(wěn)或破碎沖擊的發(fā)生的幾率。
【IPC分類】E21F17/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105422173
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510855455
【發(fā)明人】陸菜平, 劉洋, 王洪宇, 劉鵬飛, 溫思浩
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月27日