采空区覆岩卸压方法

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种采空区覆岩卸压方法。

背景技术

采空区分为工作面回采推进之后的采空区及比邻生产工作面的采空区。煤层被采出之后，采空区顶板岩层自下而上会形成逐层垮落与变形。通常是第一岩层M

在图1中，位于比邻采空区内靠近隔离煤柱一侧，第二岩层M

煤炭开采中，出现上述严重情况时，会严重困扰正常生产。因此常常要根据需要选择合适的时间或恰当的位置，采取各种方式进行采空区上覆岩层卸压，旨在切断岩层板-体梁，消除传递岩梁效应的影响。如生产巷道顶板岩层提前打深孔爆破致裂卸压法、顶板岩层钻孔高压水致裂卸压法、人工切顶(爆破)卸压法，以及顶板深孔(爆破)切缝卸压法等等。

现阶段，针对采空区上覆岩层采取的卸压方式，存在某些不足之处。例如，深孔爆破致裂卸压法，需要采用炸药雷管导火索。首先这些物资材料属于严厉安全管控物资，购买使用上极不方便，除此之外，技术参数与效果掌握上也是有技术难度。水压致裂卸压法，水压要求高，常因装备投资大而无法选择，水压低效果达不到要求。总之，目前采用的卸压技术手段属于人工高压强力型技术，操作实现上也是不简单，搞不好还会影响其他生产环节。

由此，需要设计一种采空区覆岩卸压方法。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了采空区覆岩卸压方法。该采空区覆岩卸压方法借助弹性体装置周围形成局部高应力或应变能量，实现有效的切断或降低高位岩层能量传递，阻止或者降低蠕变势能向生产巷道侧传递，保证生产工作面巷道隔离煤柱的稳定性以及生产的安全。

根据本发明，提供了一种采空区覆岩卸压方法，包括如下步骤：

S01，于靠近比邻采空区一侧的巷道顶板上进行钻孔操作，所形成的钻孔斜向延伸至比邻采空区上端的第二岩层之上，

S02，将弹性体装置送入到钻孔的底部。

在一个实施例中，次钻孔操作，并在步骤S02中，在各钻孔完成后，将弹性体装置送入到相应的钻孔的底部。

在一个实施例中，在所述步骤S01中，钻孔起点距离煤柱0.2-0.5米，相邻的钻孔起点间隔1-3米。

在一个实施例中，在所述步骤S01中，所形成的钻孔斜向倾斜角度为30-85度，

或/和，所形成的钻孔越过第二岩层0.1-0.2米。

在一个实施例中，在所述步骤S01前，需要按照设计要求标识钻孔位置，并在钻孔前，在各钻孔起点做钻窝。

在一个实施例中，在所述步骤S02中，所述弹性体装置包括轴向上依次连接的第一柱体、第二柱体和推送体，其中，所述第一柱体的至少上段的抗挤压能力小于所述第二柱体的抗挤压能力。

在一个实施例中，所述第一柱体为筒状，并在上端的外壁上设置轴向延伸的豁口，第二柱体为筒状且上端外壁包裹式套接到所述第一柱体的外壁上，所述推送体构造为封堵在所述第二柱体的下端。

在一个实施例中，所述第一柱体和所述第二柱体均由PVC材料制成。

在一个实施例中，在所述第二柱体的下端外壁上设置箍圈，在箍圈上设置多个周向间隔分布的钢丝翅脚，各所述钢丝翅脚的下端相对于上端径向外扩。

在一个实施例中，在所述步骤S02中，通过钻杆将所述弹性体装置送入到钻孔内，并且，在钻杆与所述推送体的接触面上设置有凹凸配合周向卡接结构。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在生产巷道煤柱一侧，从顶板仰斜打钻孔至比邻采空区一侧煤柱靠近比邻采空区的斜上方预定方位的岩层位置中，在打孔至预定的位置岩层内之后，将弹性体装置送达至孔底，并使安装于钻孔中的弹性体装置正好位于采空区上方预定岩层中。由此，当采空区上覆岩层沉陷运动时，弹性体装置就会受覆岩层的挤压作用。受运动岩层的挤压作用，在孔底的弹性体装置与周边岩体就会产生一个小的局部高应力集中升高区域或应变能量集中升高区域。把这人为制造的局部高应力集中区域，称之为“人工应力集中区域”。由于采场采动效应的作用，使之采空区上覆岩层运动持续不断，而于岩层中的“人工应力集中区域”则会借上覆岩层运动之力，进一步发力，致使起传递岩梁作用的岩层产生变形位移或复杂的裂纹裂隙发育之变化。岩层的这种借力发力的发展作用态势，将使“人工应力集中区域”能量的作用持续发力而促使加快“人工应力集中区域”周围岩层的裂纹裂隙发育，直至断裂完全消除传递岩梁效应。这样的借力发力模式，其结果就是使煤柱上方适当位置的岩层按预定预计产生岩层裂纹裂隙，直至断裂垮落。覆岩层的这种从发育裂纹到断裂垮落的变化过程，十分有利于减弱或消除采空区覆岩运动势能借助岩层(岩层板-体传递岩梁)对煤柱形成不平衡的压应力作用与破坏作用。至此，弹性体装置完成了阻止或降低蠕变势能向生产巷道侧传递。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1显示了采空区覆岩示意图；

图2显示了采空区覆岩上的钻孔以及弹性体装置；

图3显示了采空区覆岩卸压的钻孔在巷道顶板的布设；

图4显示了弹性体装置。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

本申请涉及采空区覆岩卸压方法。在该采空区覆岩卸压方法中，如图2所示，首先，进行步骤S01，于靠近比邻采空区一侧的巷道的顶板上进行钻孔操作。所形成的钻孔斜向延伸至比邻采空区上端的第二岩层M

具体地，在步骤S01中，在靠近比邻采空区一侧的巷道中的顶板上，依据事先设定的第一个钻孔起点开始打钻孔。从顶板的钻孔起点也就是钻孔初打位置到钻孔的终止位置，在顶板水平线上能够形成一个直角三角形。由于第二岩层M

在步骤S01中，钻孔操作由靠近工作面这端开始沿着巷道走向间隔进行多个钻孔操作。并在步骤S02中，在各钻孔完成后，将弹性体装置送入到相应的钻孔的底部。图3示出了钻孔起点在顶板的分布示意图。例如，为了预留钻进操作空间，各钻孔距离煤柱200-500毫米，例如在图2和3中标有300毫米。相邻的钻孔起点间隔1-3米，例如1.5米。上述设置有助于保证在钻孔过程中，斜向孔钻孔的顺利进行，并保证钻孔准确，进而保证理想的卸压效果。

在巷道顶板上仰打钻孔施工之前，要按照设计要求的钻孔位置：开(起)孔钻位与煤柱的距离及钻孔与钻孔间距要画线标记，打孔时要先做好钻窝，利用钻窝再打钻孔就容易把握方位方向。完孔后要先清理钻渣，随后利用钻杆把弹性体装置10送入孔底于第二岩层M

采空区覆岩卸压方法中，既可以在回采工作面生产之前施工，也可以在工作面回采开始之后。

图4显示了弹性体装置10。如图4所示，弹性体装置10包括轴向上依次连接的第一柱体1、第二柱体2和推送体3。其中，第一柱体1的至少上段抗挤压能力小于第二柱体2的抗挤压能力。

第一柱体1为筒状，并在上端的外壁上设置轴向延伸的豁口11。在将该弹性体装置10送入到钻孔中后，其上端更靠近钻孔的底部。优选地，在第一柱体1的周向上，设置多个，例如四个豁口11，并且豁口11均匀式分布。在轴向上，豁口11的长度为第一柱体1的长度的大约一半。通过设置豁口11使得第一柱体1的上下两端的抗挤压变形能力不同。第二柱体2为筒状，且上端外壁包裹式套接到第一柱体1的外壁上。例如，如果第一柱体1的轴向长度为310毫米，则豁口11的长度为150毫米，与第二柱体2的插接长度为60毫米，而豁口11的豁底到第二柱体2的上端面为100毫米。而第二柱体2的轴向长度为360毫米。上述结构简单，尤其第一柱体1与第二柱体2的插接部分的抗挤压变形能力增加，造成弹性体装置10的不同段抗挤压应变能力不同。例如，第一柱体1与第二柱体2可以为过盈式配合。在将该弹性体装置10放入到钻孔内后，弹性体装置10跨越第二岩层M

优选地，第一柱体1的壁厚大于等于1毫米，并构造为PVC圆筒。第一柱体1的圆筒的上端通过电锯或其他机械加工手段按照“十字”形四等分豁口11。第二柱体2为壁大于等于1毫米的PVC圆筒。其中，第二柱体2的外壁与钻头尺寸大体相同。例如，在用Φ75毫米的钻头进行钻孔时，则第二柱体2的外壁尺寸也为75毫米。

推送体3构造为固定封堵在第二柱体2的下端。在将弹性体装置10送入到钻孔中，通过钻杆顶抵推送体3将弹性体装置10送入到钻孔内。并且，在钻杆与推送体3的接触面上设置有凹凸配合周向卡接结构，用于两者的抵接，进而有助于更好的送入操作。例如，在推送体3的下端面上设置有“十”字状凹槽31。同时，在钻杆的接触推送体3的端面上突出式设置有“十”字状条块，用于匹配式插入到凹槽31内。

在第二柱体2的下端外壁上设置箍圈4。在箍圈4上设置多个周向间隔分布的钢丝翅脚5。各钢丝翅脚5的下端相对于上端径向外扩。也就是说，钢丝翅脚5类似伞状结构。在弹性体装置10送入到钻孔中，上述结构的钢丝翅脚5受钻孔压力向内收紧，并不影响弹性体装置10的在钻孔内朝向底端运动。但当弹性体装置10送入到位后，钢丝翅脚5能够抵接到钻孔的壁上，起到防止弹性体装置10回退的作用，从而保证弹性体装置10在钻孔内的位置。

本申请提出的一种不需要依靠人工强力干扰的卸压技术，突出的优点就是借岩层自身运动之力发弹性体装置之力，达到一两拨千金的卸压技术。发明的卸压技术作为一种操作性、实施性强的岩层卸压的方法。

首先要结合采空区上覆岩层赋存状态及沉陷运动特征的分析研究确定卸压的岩层位置高度，按照事先预定的方向方位从巷道顶板打仰斜钻孔至需卸压岩层，然后利用钻杆将弹性体装置推送至钻孔的底部，即完成安装工作。按照预先设计计算好的钻孔参数，打孔安装作业过程十分简单方便，比起其他卸压方法省时省力、省人工、施工快，完全解决了采空区上覆岩层卸压技术实施困难麻烦的难题。弹性体装置设计原理与构思新颖科学客观，所需加工材料部件方便采购，加工过程容易操控实现。该采空区覆岩卸压方法施工工序独立，不与其他生产环节产生相互影响干扰。卸压技术与原理可鉴可行，特别适合于顶板软岩层卸压使用，工程成本低，施工操作简单易掌握。面对比邻采空区上覆岩层施工卸压，隔着煤柱作业，安全性高。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。