專利名稱：水力割縫防治沖擊地壓的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防治沖擊地壓的方法，尤其是一種適用于采掘空間周圍煤巖體的 水力割縫防治沖擊地壓的方法，屬礦山壓力和礦山安全技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在礦山采掘工程或隧道工程中，當(dāng)采掘空間或隧道周圍的應(yīng)力超過(guò)煤巖體的承載 能力時(shí)，會(huì)出現(xiàn)煤巖體的突然動(dòng)力性破壞，向采掘空間或隧道空間瞬間大量變形或彈射，并 釋放大量的彈性能，這就是沖擊地壓(金屬礦山或隧道稱巖爆)。沖擊地壓嚴(yán)重影響礦山的 安全及生產(chǎn)，能造成采掘空間或隧道的嚴(yán)重變形破壞、人員死亡和設(shè)備損壞、移位等；含瓦 斯煤層發(fā)生沖擊時(shí)還會(huì)引起煤層或采空區(qū)瓦斯大量涌出，遇火易引發(fā)瓦斯爆炸(如安徽淮 北2003年“5. 13”頂板沖擊引起采空區(qū)瓦斯大量涌出引發(fā)瓦斯爆炸，死亡84人；阜新孫家 灣煤礦2005年“2. 14”沖擊地壓事故引發(fā)瓦斯爆炸死亡214人)。目前我國(guó)大多數(shù)采深較 大的煤礦出現(xiàn)了沖擊地壓等動(dòng)力現(xiàn)象，并且隨采深的加大，有沖擊危險(xiǎn)的礦井?dāng)?shù)和沖擊危 險(xiǎn)程度日趨嚴(yán)重，原來(lái)沒(méi)有沖擊危險(xiǎn)的礦區(qū)或礦井出現(xiàn)了嚴(yán)重的沖擊地壓現(xiàn)象或事故，如 兗州礦區(qū)、雞西礦區(qū)、七臺(tái)河礦區(qū)、平頂山礦區(qū)、淮南礦區(qū)等。目前治理沖擊地壓的方法主要有開(kāi)采保護(hù)層、煤層注水、卸壓鉆孔、頂板斷裂和卸 壓爆破(或松動(dòng)爆破)等。在采掘工作面及巷道防治沖擊地壓，煤層注水和卸壓爆破是最 常用的措施，是通過(guò)降低煤層的彈性能及轉(zhuǎn)移應(yīng)力峰值而減弱或轉(zhuǎn)移沖擊地壓的，措施有 效性是有限的，對(duì)于沖擊危險(xiǎn)性特別嚴(yán)重的只能減弱或轉(zhuǎn)移沖擊，并且煤層注水易引起圍 巖和巷道變形，卸壓爆破易誘發(fā)沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種水力割縫防治沖擊地壓的方法，通過(guò)水力割 縫在采掘空間周圍煤巖體內(nèi)形成縫槽來(lái)防治沖擊地壓。技術(shù)方案本發(fā)明水力割縫防治沖擊地壓的方法根據(jù)具體煤礦沖擊的地質(zhì)、采 礦條件及沖擊地壓特點(diǎn)，采用高壓水對(duì)煤柱型沖擊地壓、底臌型沖擊地壓、構(gòu)造型或動(dòng)壓型 沖擊地壓進(jìn)行水力割縫，分別如下煤柱型沖擊地壓向煤層方向施工單排或多排鉆孔，孔深5 12m，由孔底往外至 距孔口 2 3m處，采用深部徑向水力割縫，在煤層中形成深部徑向縫槽，使煤巖層卸壓，防 止煤柱型沖擊地壓的發(fā)生，并減弱煤柱型沖擊地壓發(fā)生時(shí)的應(yīng)力和能量傳遞及對(duì)巷道的破 壞；底臌型沖擊地壓采用在巷道兩側(cè)底腳徑向水力割縫，在巷道兩側(cè)底腳處施工多 個(gè)底腳徑向縫槽，以降低巷道底板的應(yīng)力集中程度，防止底臌型沖擊地壓的發(fā)生，并減弱底 臌型沖擊地壓發(fā)生時(shí)的應(yīng)力和能量傳遞及對(duì)巷道底板的破壞；構(gòu)造型或動(dòng)壓型沖擊地壓采用在巷道周邊煤層內(nèi)環(huán)向水力割縫或環(huán)向、深部徑 向水力割縫，在巷道周邊的煤層中施工環(huán)向縫槽或環(huán)向縫槽和深部徑向縫槽，使巷道圍巖在徑向方向上或徑向、環(huán)向兩方向均卸壓，防止構(gòu)造型或動(dòng)壓型沖擊地壓的發(fā)生，并屏蔽或 減弱沖擊地壓發(fā)生時(shí)的應(yīng)力和能量傳遞及對(duì)巷道的破壞，環(huán)向縫槽為一層或多層。所述的高壓水為高壓水射流、磨料水射流或旋轉(zhuǎn)水射流；所述高壓水的壓力為 25 lOOMPa、流量為5 80L/min ；所述深部徑向縫槽的深度為5_12m，深部徑向縫槽的半 徑為300-1000mm，寬度為15_50mm ；所述的底腳徑向縫槽的寬度為20mm-120mm，其深度為 300 1500mm;所述的環(huán)向縫槽為單層或多層，單層環(huán)向縫槽或多層環(huán)向縫槽最外一層距 煤壁的距離為3 5m，環(huán)向縫槽的半徑為300-1000mm，寬度為15_50mm。有益效果該方法提供了一種全方位防治沖擊地壓的技術(shù)方法，可對(duì)各種類型的 沖擊地壓進(jìn)行治理。根據(jù)具體煤礦沖擊的地質(zhì)、采礦條件及沖擊地壓特點(diǎn)，利用不同方式的 水力割縫形成縫槽群防治沖擊地壓，縫槽群起到使煤巖體卸壓和屏蔽或減弱應(yīng)力及變形能 傳遞的作用，能夠起到有效防治沖擊地壓的效果。深部徑向縫槽相當(dāng)于在煤巖體內(nèi)開(kāi)采了 一層極薄的保護(hù)層，能夠有效釋放煤巖體內(nèi)的彈性能和應(yīng)力；環(huán)向縫槽在煤巖體內(nèi)形成了 強(qiáng)-弱-強(qiáng)結(jié)構(gòu)，能夠釋放部分應(yīng)力，更主要的是能夠有效屏蔽或減弱煤巖體彈性能或應(yīng)力 的傳播，削除或減弱沖擊致災(zāi)程度；巷道底腳徑向縫槽能夠有效釋放巷道底板積聚的彈性 能和應(yīng)力。因此，形成的縫槽群能夠有效防治沖擊地壓。該方法也可應(yīng)用于防治煤與瓦斯突 出、防治巷道變形和抽放卸壓瓦斯，也可應(yīng)用于金屬礦山、隧道或煤礦的巖爆，應(yīng)用于防治 煤與瓦斯突出和煤層增透排放或抽放瓦斯時(shí)，采用深部徑向水力割縫或環(huán)向水力割縫的方 法。該方法也可應(yīng)用于防治煤與瓦斯突出、防治巷道變形和抽放卸壓瓦斯。深部徑向縫槽相 當(dāng)于在煤巖體內(nèi)開(kāi)采了一層極薄的保護(hù)層，能夠有效釋放煤巖體內(nèi)的彈性能和應(yīng)力，也能 夠有效釋放或緩解頂板劇烈活動(dòng)時(shí)釋放的彈性能；環(huán)向縫槽在煤巖體內(nèi)形成了強(qiáng)-弱-強(qiáng) 結(jié)構(gòu)，能夠釋放部分應(yīng)力，更主要的是能夠有效屏蔽或減弱煤巖體彈性能或應(yīng)力的傳播，削 除或減弱沖擊致災(zāi)程度；巷道底腳徑向縫槽能夠有效釋放巷道底板積聚的彈性能和應(yīng)力。 因此，形成的縫槽群能夠有效防治沖擊地壓，避免出現(xiàn)巷道破壞或變形。


圖1是本發(fā)明水力割縫防治沖擊地壓的流程圖。圖2是本發(fā)明深部徑向水力割縫防治沖擊地壓示意圖。圖3是本發(fā)明巷道兩側(cè)底腳徑向水力割縫防治沖擊地壓示意圖。圖4是本發(fā)明環(huán)向水力割縫防治沖擊地壓示意圖。圖中1-鉆孔，2-深部徑向縫槽，3-底腳徑向縫槽，4-環(huán)向縫槽。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的描述圖1所示，本發(fā)明水力割縫防治沖擊地壓的流程圖。首先在巷道或工作面內(nèi)確定 水力割縫區(qū)域，根據(jù)具體煤礦歷史或?qū)?lái)可能發(fā)生沖擊地壓的地質(zhì)、采礦條件及沖擊地壓 特點(diǎn)、類型，對(duì)于不同類型的沖擊地壓采用不同的水力割縫方式防治沖擊地壓。在選定水力 割縫防治地壓的區(qū)域，布置好水力割縫裝備，水力割縫裝備包括壓力泵、與泵連接的高壓水 管和水力割縫噴頭，水力割縫所用的高壓水可為高壓水射流、磨料水射流或旋轉(zhuǎn)水射流，壓 力為25 lOOMPa，流量為5 80L/min。
1、對(duì)于煤柱型沖擊地壓采用煤層深部徑向水力割縫防治沖擊地壓方式，如圖 2(a)所示，首先在巷道向煤層內(nèi)打鉆到預(yù)定位置，每個(gè)鉆孔1的深度為5-12m，退出鉆桿；將 水力割縫噴頭送入孔底，開(kāi)啟水泵開(kāi)始向鉆孔兩側(cè)割縫；邊割縫邊退噴頭及水管，形成的深 部徑向縫槽的半徑為300-1000mm，寬度為15_50mm ；當(dāng)割縫至距孔口或煤壁的距離為2 3m時(shí)停止割縫，關(guān)閉水泵，退出噴頭和水管，完成該鉆孔的深部徑向水力割縫；可繼續(xù)進(jìn)行 下一個(gè)鉆孔及深部徑向水力割縫；如煤層較薄，采用單層鉆孔和深部徑向縫槽即可，鉆孔及 深部徑向縫槽位于煤層中間；煤層較厚大于1. 5m時(shí)，采用兩層以上的多層交替鉆孔和深部 徑向縫槽，圖2(b)所示。2、對(duì)于底臌型沖擊地壓采用在巷道兩側(cè)底腳徑向水力割縫防治沖擊地壓，如圖 3所示。用直射水力噴頭對(duì)準(zhǔn)巷道兩側(cè)底腳，直接沖割成縫槽，邊移動(dòng)邊沖割；底腳徑向縫 槽3的寬度為20mm-120mm，深度為300 1500mm ；長(zhǎng)度方向可為連續(xù)縫槽，也可為間斷式縫槽。3、對(duì)于構(gòu)造型或動(dòng)壓型沖擊采用環(huán)向水力割縫或環(huán)向、深部徑向水力割縫相結(jié) 合防治沖擊地壓。采用環(huán)向水力割縫時(shí)，如圖4(a、b)，先在煤層內(nèi)打鉆到預(yù)定位置，鉆孔1 的深度為3-12m，退出鉆桿；將旋轉(zhuǎn)水力割縫噴頭及水管送入孔底，開(kāi)啟水泵開(kāi)始環(huán)向水力 割縫；當(dāng)煤屑大量減少時(shí)，停止環(huán)向水力割縫，該環(huán)向縫槽4完成，形成的環(huán)向縫槽的半徑 為300-1000mm，寬度為15_50mm ；將旋轉(zhuǎn)水力噴頭和水管退后2 3m，繼續(xù)環(huán)向下一個(gè)環(huán)向 縫槽的施工，但要保證距煤壁最近一個(gè)環(huán)向縫槽距煤壁的距離不小于3m，保證不割到錨桿 或錨索；環(huán)向縫槽4可為一層或多層，單層時(shí)距煤壁的距離為3 5m，多層時(shí)距煤壁的距離 為3 12m。利用同一個(gè)鉆孔同時(shí)實(shí)施環(huán)向和深部徑向水力割縫時(shí)，卸壓及防沖效果最好。4、對(duì)于同時(shí)出現(xiàn)底臌和煤壁變形的混合型沖擊地壓，可采用深部徑向水力割縫、 環(huán)向水力割縫和底腳徑向水力割縫相結(jié)合防治沖擊地壓。5、該方法應(yīng)用于防治煤與瓦斯突出和煤層增透排放或抽放瓦斯時(shí)，采用深部徑向 水力割縫或環(huán)向水力割縫。
權(quán)利要求
一種水力割縫防治沖擊地壓的方法，其特征在于根據(jù)具體煤礦沖擊的地質(zhì)、采礦條件及沖擊地壓特點(diǎn)，采用高壓水對(duì)煤柱型沖擊地壓、底臌型沖擊地壓、構(gòu)造型或動(dòng)壓型沖擊地壓進(jìn)行水力割縫，分別如下煤柱型沖擊地壓向煤層方向施工單排或多排鉆孔，孔深5～12m，由孔底往外至距孔口2～3m處，采用深部徑向水力割縫，在煤層中形成深部徑向縫槽(2)，使煤巖層卸壓，防止煤柱型沖擊地壓的發(fā)生，并減弱煤柱型沖擊地壓發(fā)生時(shí)的應(yīng)力和能量傳遞及對(duì)巷道的破壞；底臌型沖擊地壓采用在巷道兩側(cè)底腳徑向水力割縫，在巷道兩側(cè)底腳處施工多個(gè)底腳徑向縫槽(3)，以降低巷道底板的應(yīng)力集中程度，防止底臌型沖擊地壓的發(fā)生，并減弱底臌型沖擊地壓發(fā)生時(shí)的應(yīng)力和能量傳遞及對(duì)巷道底板的破壞；構(gòu)造型或動(dòng)壓型沖擊地壓采用在巷道周邊煤層內(nèi)環(huán)向水力割縫或環(huán)向、深部徑向水力割縫，在巷道周邊的煤層中施工環(huán)向縫槽(4)或環(huán)向縫槽(4)和深部徑向縫槽(2)，使巷道圍巖在徑向方向上或徑向、環(huán)向兩方向均卸壓，防止構(gòu)造型或動(dòng)壓型沖擊地壓的發(fā)生，并屏蔽或減弱沖擊地壓發(fā)生時(shí)的應(yīng)力和能量傳遞及對(duì)巷道的破壞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力割縫防治沖擊地壓的方法，其特征在于所述的高壓水 為高壓水射流、磨料水射流或旋轉(zhuǎn)水射流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水力割縫防治沖擊地壓的方法，其特征在于所述高壓 水的壓力為25 lOOMPa、流量為5 80L/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力割縫防治沖擊地壓的方法，其特征在于所述深部徑向 縫槽⑵的深度為5-12m，深部徑向縫槽⑵的半徑為300-1000mm，寬度為15_50mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力割縫防治沖擊地壓的方法，其特征在于所述的底腳徑 向縫槽(3)的寬度為20mm-120mm，其深度為300 1500mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力割縫防治沖擊地壓的方法，其特征在于所述的環(huán)向縫 槽(4)為單層或多層，單層環(huán)向縫槽或多層環(huán)向縫槽最外一層距煤壁的距離為3 5m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的水力割縫防治沖擊地壓的方法，其特征在于所述環(huán)向 縫槽(4)的半徑為300-1000mm，寬度為15_50mm。
全文摘要
一種水力割縫防治沖擊地壓的方法，根據(jù)具體煤礦沖擊的地質(zhì)、采礦條件及沖擊地壓特點(diǎn)，利用不同方式的水力割縫防治沖擊地壓。對(duì)于煤柱型沖擊，采用煤層深部徑向水力割縫防治沖擊地壓；對(duì)于底臌型沖擊，采用在巷道兩側(cè)底腳徑向水力割縫防治沖擊地壓；對(duì)于構(gòu)造型或動(dòng)壓型沖擊，采用環(huán)向水力割縫或環(huán)向、深部徑向水力割縫相結(jié)合防治沖擊地壓。形成的縫槽群起到煤巖體卸壓和屏蔽或減弱應(yīng)力及變形能傳播的作用，能夠起到有效防治沖擊地壓的效果。該方法也可應(yīng)用于防治煤與瓦斯突出、防治巷道變形和抽放卸壓瓦斯，也可應(yīng)用于金屬礦山、隧道或煤礦的巖爆防治。
文檔編號(hào)E21F7/00GK101915098SQ201010231230
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月14日
發(fā)明者劉曉斐, 宋大釗, 李忠輝, 沈榮喜, 王恩元, 趙恩來(lái) 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)