一種煤礦開采中煤體沖擊災害的防治方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種煤礦開采中煤體沖擊災害的防治方法，其具體步驟為：A、確定摩擦阻力系數(shù)：通過實驗室粘滑實驗以及比例計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)場實施相關參數(shù)：確定所需材料鉆孔大小、深度以及所需注入的水及細粒煤巖粉量或其他潤滑材料量從而降低實驗室測得摩擦系數(shù)μ；C、現(xiàn)場實施：根據(jù)實驗以及計算所得情況，在煤體回采前的兩巷內進行實施；D、效果檢驗：確定增滑效果并根據(jù)監(jiān)測效果確定再次實施增滑措施相關參數(shù)。在頂?shù)装鍋韷簳r可使煤體相對頂?shù)装鍘r層滑動，降低煤體內的彈性能積聚，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。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于防治沖擊地壓

技術介紹
煤炭工業(yè)是我國的基礎產(chǎn)業(yè)，其健康、穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展是關系到國家能源安全的重大問題。在煤礦井下，頂?shù)装鍘r層對煤層具有巨大的相互擠壓作用，尤其是長臂梁和砌體梁對回采煤體產(chǎn)生的傾斜作用力以及上區(qū)段采空區(qū)破碎頂板對區(qū)段煤柱的傾斜擠壓作用，勢必會使煤層產(chǎn)生相對頂?shù)装寤瑒拥内厔?，若煤巖層間的摩擦系數(shù)較大，就會阻擋煤層的相對滑動，使得煤層中集聚大量彈性能。當水平方向的推力大于摩擦阻力或煤體的抗剪強度，就會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，還會引發(fā)瓦斯、煤塵爆炸以及水災，干擾通風系統(tǒng)，嚴重威脅著煤礦的生產(chǎn)安全。近年來，隨著我國煤礦開采深度的不斷加深，煤巖動力災害日益嚴重，煤體沖擊災害越來越成為影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。從煤礦的開采實踐來看，煤體沖擊災害數(shù)量將逐漸增多，煤體沖擊災害將更加嚴重。防治煤體沖擊的傳統(tǒng)方法主要有煤體大直徑鉆孔卸壓、煤體內注水卸壓、煤體卸壓爆破以及堅硬頂板爆破預卸壓等措施，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。
技術實現(xiàn)思路
針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本專利技術提供，通過降低煤體與頂?shù)装鍘r層之間的摩擦系數(shù)，在頂?shù)装鍋韷簳r可使煤體相對頂?shù)装鍘r層滑動，降低煤體內的彈性能積聚，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。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術采用的技術方案是:該種煤礦開采中煤體沖擊災害的防治方法，其具體步驟為:A、確定摩擦阻力系數(shù):從礦井回采現(xiàn)場采集煤體試樣及頂?shù)装鍘r樣，通過實驗室粘滑實驗以及比例計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)場實施相關參數(shù):現(xiàn)場實測得到煤體所受頂?shù)装鍘r層的作用力N的大小，根據(jù)煤體所受軸向應力F的大小及實驗室測得摩擦系數(shù)μ，確定所需材料鉆孔大小、深度以及所需注入的水及細粒煤巖粉量或其他潤滑材料量從而降低實驗室測得摩擦系數(shù)μ，使得F = μ Ν ;C、現(xiàn)場實施:根據(jù)實驗以及計算所得材料鉆孔大小、深度以及所需水及細粒煤巖粉量或其他潤滑材料量，在煤體回采前的兩巷內煤體與頂?shù)装鍘r層之間實施材料鉆孔并高壓注入水及細粒煤巖粉或其他已知的潤滑材料；D、效果檢驗:上述措施實施后，在頂板破斷來壓期間，在回采兩巷內實施監(jiān)測煤體位移量(即通過測量巷道兩幫的移近量確定)，確定增滑效果并根據(jù)監(jiān)測效果確定再次實施增滑措施相關參數(shù)。進一步，在步驟D中實施增滑效果的同時通過增加煤柱加強兩巷的支護強度。煤體滑移沖擊原理:—方面，在煤礦井下回采過程中，在懸臂梁和砌體梁的綜合作用下對煤層產(chǎn)生水平和豎直兩個方向的作用力。隨著工作面不斷推進，懸臂梁長度不斷增長，同時其對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，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)生回采煤體沖擊災害。另一方面，上區(qū)段采空區(qū)頂板垮落之后，垮落頂板對兩工作面間的煤柱產(chǎn)生側向擠壓作用，這一作用力同樣可以分解為水平和豎直兩個方向。隨著上覆巖層的不斷垮落，垮落頂板對煤柱的擠壓作用不斷增加，煤柱內積聚能量不斷增加，當水平方向的推力大于摩擦阻力或煤體的抗剪強度，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。本專利技術通過在煤體回采前的兩巷內煤體與頂?shù)装鍘r層之間實施材料鉆孔及高壓注入水及細粒煤巖粉或其他已知的潤滑材料，從而降低摩擦系數(shù)μ ;當摩擦阻力系數(shù)μ降低時，發(fā)生相對滑動所需推動力F也隨之降低，因此接觸面上更容易發(fā)生相對滑動。這樣在頂?shù)装鍘r層來壓時，煤體與頂?shù)装鍘r層會發(fā)生相對互動，這樣煤巖體內就會很難產(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，實現(xiàn)煤體沖擊災害的有效防治?！靖綀D說明】圖1是砌體梁、長臂梁對回采煤體作用示意圖。圖2是上區(qū)段垮落頂板對區(qū)段煤柱作用示意圖。圖3是本專利技術中粘滑實驗裝置示意圖。圖4是本專利技術的現(xiàn)場實施示意圖。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。【具體實施方式】下面將對本專利技術作進一步說明。如圖1至圖4所示，本專利技術的具體步驟為:Α、確定摩擦阻力系數(shù):從礦井回采現(xiàn)場采集煤體試樣8及頂?shù)装鍘r樣9，通過實驗室粘滑實驗以及比例計算確定煤體試樣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-煤層組合在實驗室進行剪切滑移實驗，設定一個軸向力Ν，對煤體試樣8施加水平方向力F直到煤體試樣8發(fā)生滑動，根據(jù)剪切應力及垂直應力計算摩擦阻力系數(shù):μ = F/NΒ、確定現(xiàn)場實施相關參數(shù):煤礦井下開采前，在煤體內打鉆孔12安裝鉆孔應力計，可實施采集煤體1所受頂?shù)装鍘r層10的作用力Ν的大小，根據(jù)煤體1實際所受水平方向的剪切應力F的大小及實驗室測得摩擦系數(shù)μ進行相似模擬實驗，設定注入材料量形成對比，根據(jù)相似模擬實驗確定所需材料鉆孔大小、深度以及所需注入的水及細粒煤巖粉量或其他潤滑材料量從而降低實驗室測得摩擦系數(shù)μ，使得F = μ Ν ;C、現(xiàn)場實施:根據(jù)實驗以及計算所得材料鉆孔大小、深度以及所需水及細粒煤巖粉量或其他潤滑材料量，在煤體回采前的兩巷內煤體1與頂?shù)装鍘r層10之間實施材料鉆孔并高壓注入水及細粒煤巖粉或其他已知的潤滑材料；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定為工作面長度的一半，鉆孔12垂直巷幫布置與煤體1兩側；巷道保護煤柱煤巖體接觸面上鉆孔12深度一般設定為煤柱6寬度的一半，鉆孔12垂直巷幫布置于當前回采巷道一側；D、效果檢驗:上述措施實施后，在頂板破斷來壓期間，在回采兩巷內實施監(jiān)測煤體位移量(即通過測量巷道7兩幫的移近量確定)，確定增滑效果并根據(jù)監(jiān)測效果確定再次實施增滑措施相關參數(shù)。進一步，在步驟D中實施增滑效果的同時通過增加煤柱加強兩巷的支護強度?！局鳈囗棥?.，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)場采集煤體試樣(8)及頂?shù)装鍘r樣(9)，通過實驗室粘滑實驗以及比例計算確定煤體試樣(8)與頂?shù)装鍘r樣(9)的摩擦系數(shù)； B、確定現(xiàn)場實施相關參數(shù):現(xiàn)場實測得到煤體所受頂?shù)装鍘r層(10)的作用力N的大小，根據(jù)煤體(1)所受軸向應力F的大小及實驗室測得摩擦系數(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粒煤巖粉量或其他潤滑材料量從而降低實驗室測得摩擦系數(shù)μ，使得F = μΝ ; C、現(xiàn)場實施:根據(jù)實驗以及計算所得材料鉆孔大小、深度以及所需水及細粒煤巖粉量或其他潤滑材料量，在煤體回采前的兩巷內煤體(1)與頂?shù)装鍘r層(10)之間實施材料鉆孔并高壓注入水及細粒煤巖粉或其他已知的潤滑材料； D、效果檢驗:上述措施實施后，在頂板破斷來壓期間，在回采兩巷內實施監(jiān)測煤體(1)位移量，確定增滑效果并根據(jù)監(jiān)測效果確定再次實施增滑措施相關參數(shù)。2.根據(jù)權利要求1所述的，其特征在于，在步驟D中實施增滑效果的同時通過增加煤柱(6本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種煤礦開采中煤體沖擊災害的防治方法，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)場采集煤體試樣(8)及頂?shù)装鍘r樣(9)，通過實驗室粘滑實驗以及比例計算確定煤體試樣(8)與頂?shù)装鍘r樣(9)的摩擦系數(shù)；B、確定現(xiàn)場實施相關參數(shù)：現(xiàn)場實測得到煤體所受頂?shù)装鍘r層(10)的作用力N的大小，根據(jù)煤體(1)所受軸向應力F的大小及實驗室測得摩擦系數(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粒煤巖粉量或其他潤滑材料量從而降低實驗室測得摩擦系數(shù)μ，使得F＝μN；C、現(xiàn)場實施：根據(jù)實驗以及計算所得材料鉆孔大小、深度以及所需水及細粒煤巖粉量或其他潤滑材料量，在煤體回采前的兩巷內煤體(1)與頂?shù)装鍘r層(10)之間實施材料鉆孔并高壓注入水及細粒煤巖粉或其他已知的潤滑材料；D、效果檢驗：上述措施實施后，在頂板破斷來壓期間，在回采兩巷內實施監(jiān)測煤體(1)位移量，確定增滑效果并根據(jù)監(jiān)測效果確定再次實施增滑措施相關參數(shù)。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陸菜平，劉洋，王洪宇，劉鵬飛，溫思浩，
申請(專利權)人：中國礦業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32