一种高位厚硬岩层冲击地压的超前预裂区域防治方法

技术领域

本发明涉及冲击地压灾害防治技术领域，具体涉及一种高位厚硬岩层冲击地压的超前预裂区域防治方法。

背景技术

在上覆厚硬岩层的地层条件下，厚硬顶板运移引起的应力集中和动载扰动是诱发冲击地压灾害的关键因素之一，随着煤矿开采深度和强度不断增加，地层赋存条件和煤体应力演化更趋复杂，如何防治厚硬顶板运移诱发型冲击地压成为亟需解决的问题。

针对冲击地压防治难题，国内外专家学者进行了大量的研究，取得了丰硕的成果。顶板预裂爆破是一种较为常见和有效的防冲方法，一方面，通过预裂爆破方式可以削弱厚硬岩层的整体性进而减少厚硬岩层悬跨面积，减少厚硬岩层转移静载荷的范围和强度，降低厚硬岩层与下层岩层离层区周边煤岩体的静应力水平；另一方面，通过预裂爆破方式可以降低厚硬岩层集聚的弹性能，降低厚硬岩层破断、回转等运移施加的动载荷。

传统预裂爆破方式虽然可以对低位岩层预裂爆破起到一定效果，但由于自煤巷向上施工爆破钻孔，受限于煤层赋存条件的复杂性和爆破工艺的局限性，爆破钻孔施工耗时长且易与采掘活动相互干扰，钻机钻进高度和覆盖范围往往无法对厚硬岩层进行精准有效覆盖，难以实现高位厚硬岩层预期预裂效果，还可能导致煤层应力演化规律更加复杂，进一步增加发生冲击地压灾害的风险。可见，目前急需一种爆破预裂范围精准定位、对采掘活动干扰小、预裂效果可控性高的高位厚硬岩层预裂区域防治冲击地压的方法法。

发明内容

针对现有高位厚硬岩层难以进行防冲处理的技术问题，本发明提供一种高位厚硬岩层冲击地压的超前预裂区域防治方法，可对高位厚硬岩层超前预裂层爆破，减小硬岩层动载荷，有效降低煤层应力集中，减小发生冲击地压的风险。

本发明提供一种高位厚硬岩层冲击地压的超前预裂区域防治方法，包括如下步骤：

S1、确定厚硬岩层的超前预裂目标层；

S2、在超前预裂目标层底板掘进巷道；

S3、在巷道内壁施工炮孔；

S4、炮孔内装填起爆药，使起爆区域在向下正投影上覆盖待采工作面；

S5、炮孔内起爆；

S6、检验防冲效果。

进一步的，步骤S1中，确定厚硬岩层的超前预裂目标层的方法为，同时满足a1指标、a2指标及a3指标；

a1指标为h

a2指标为h

a3指标为k

进一步的，步骤S2中，超前预裂目标层底板掘进方向与待采工作面回风巷平行，且掘进作业在待采工作面回采前完成，并为施工爆破预留作业时间。

进一步的，步骤S2中，掘进的巷道为至少一条，受钻机最大钻进深度限制，当仅掘进一条巷道无法满足要求时，则需再掘进一条巷道。

进一步的，掘进的巷道为至少两条时，相邻两巷道上的炮孔末端相连通，形成空间“抄手”。

进一步的，步骤S3中，施工炮孔的方法为，在巷道两侧边帮及顶板施工炮孔，炮孔包括若干个具有间距的子炮孔单元，子炮孔单元包括若干子炮孔，所有子炮孔位于与水平面垂直的同一垂面上。

进一步的，相邻两子炮孔单元的间距为l

进一步的，步骤S5中，炮孔内起爆采用临近炮孔间隔起爆，作用在于，爆破时，未爆破钻孔为爆破提供扩容空间；爆破后，未爆破孔作为观察孔，检验岩体裂隙扩展效果。

进一步的，检验防冲效果的方法包括：工作面回采时，分析微震事件和工作面支架工作阻力，总结顶板破裂和覆岩结构运移特征；定期开展震动波CT探测，推演煤体支承压力演化规律，评价工作面冲击地压风险状态。

本发明的有益效果在于：

（1）实现断顶与采掘互不干扰：传统断顶工艺通常在煤巷（工作面两顺槽、切眼）中实施，跟采掘活动相互干扰；本发明在上方岩层中创造施工作业空间，实行“以空间换时间”策略，对采掘作业影响小。

（2）减少煤层卸压工程量：采取本发明高位超前断顶措施后，防冲关键层的裂隙充分发育，起到类似弹性垫层的作用，上覆岩层载荷转移的范围更广，施加到煤层的动静载减小，实现煤层冲击危险等级降低、预警次数减少，为减少煤层预卸压、解危卸压等工程量提供了前提条件。

（3）实现区域先行的防治策略：本发明本质是预裂关键层以降低其在地层中的“框架”作用，实现覆岩空间结构的应力传递更均匀、平缓，达到在超前降低待采掘区域煤体应力水平的目的；本发明高位断顶符合“区域先行、局部跟进”的防冲策略，可作为一种新型的区域防冲措施，是对局部防冲措施的重要补充。

（4）实现低应力采掘，提高采掘效率：本发明通过超前弱化顶板结构并降低煤体基础应力，从而降低掘进期间巷道支护强度和密度、提高掘进效率；保障回采期间巷道稳定性，减少巷道维护和补强支护工作量；降低回采区域煤体应力水平，实现低应力回采，提高工作面回采速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式俯视角度结构示意图。

图2是图1中A-A剖面图。

图中，1-待采工作面回风巷，2-第二巷道，3-待采工作面运输巷，4-第一巷道，5-子炮孔单元，51-子炮孔，6-采空区，7-待采工作面，8-厚硬岩层。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种高位厚硬岩层冲击地压的超前预裂区域防治方法，包括如下步骤：

S1、确定厚硬岩层的超前预裂目标层

结合图1、图2，在待采工作面7上方赋存一层厚硬岩层8，厚硬岩层8下方具有待采工作面7、采空区6，待采工作面7两侧具有待采工作面运输巷3及待采工作面回风巷1。

在实际作业时，对厚硬岩层的超前预裂目标层进行判断，具体指标为：

a1指标，厚硬岩层8距煤层（待采工作面7）垂直距离h

a2指标，厚硬岩层的厚度h

a3指标，满足k

根据如上指标，可判断厚硬岩层8即为超前预裂目标层；

S2、在超前预裂目标层底板掘进巷道：巷道为两条，分别为第一巷道4、第二巷道2，水平方向巷道走向与待采工作面回风巷1平行，掘进作业在待采工作面7回采前完成，并为施工爆破预留作业时间；

S3、在两条巷道内壁施工炮孔：施工炮孔的方法为，在巷道两侧边帮及顶板施工炮孔，炮孔包括若干个具有间距的子炮孔单元5，相邻两子炮孔单元5的间距为l

S4、所有炮孔内装填起爆药，使起爆区域在向下正投影上覆盖待采工作面7；

S5、炮孔内起爆，起爆时采用各巷道内临近炮孔间隔起爆的方式；

S6、检验防冲效果，检验方法包括：微震监测，对比临近工作面，研究实施高位掘巷超前预裂工程后下伏工作面开采期间的微震事件分布范围、总数量、总能量、大能量微震事件数量和占比等；震动波CT探测，定期对工作面开展震动波CT探测，反演煤体应力分布特征及演化规律；分析工作面支架工作阻力，研究中低位顶板运移规律，推演超前预裂目标层向煤体的应力传递路径。

本发明通过预先在厚硬岩层底板掘进巷道，并在巷道内施工炮孔的方式促使高位厚硬岩层全部或局部预裂、破碎，防止形成岩梁大结构，从而减小向离层区周边转移静载荷和厚硬岩层破断运动施加动载荷，有效降低煤层应力集中，减小发生冲击地压的风险，特别适用于高位厚硬岩层超前预裂爆破区域防冲。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。