一種大巷區(qū)域應(yīng)力場優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大巷區(qū)域應(yīng)力場優(yōu)化方法，尤其適用于對深部礦井大巷進(jìn)行維護(hù)和治理，屬于巷道支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大巷是煤礦巷道系統(tǒng)中較先開始掘進(jìn)的巷道，屬于開拓巷道，擔(dān)負(fù)著全礦井或數(shù)個(gè)水平運(yùn)煤、運(yùn)料、通風(fēng)、排水、行人等任務(wù)，且服務(wù)年限一般長達(dá)數(shù)十年，所以大巷的維護(hù)是煤礦生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。進(jìn)入深部開采以后，由于采深加大，大巷所受的地應(yīng)力增大，尤其是以水平應(yīng)力為主的地應(yīng)力使巷道變形加劇，深井大巷不像淺部礦井大巷一樣易于維護(hù)，顯現(xiàn)出長時(shí)的蠕變效應(yīng)。大巷在掘進(jìn)支護(hù)后一段時(shí)間內(nèi)斷面收縮，支架不均勻受力變形，底鼓和幫部變形嚴(yán)重，噴漿層破裂等。大巷的變形和破壞嚴(yán)重的影響了巷道的正常使用，給煤礦的安全高產(chǎn)高效帶來了巨大困擾。為了滿足正常的生產(chǎn)，往往需要定期對大巷進(jìn)行臥底、擴(kuò)刷工作。不僅影響了正常的生產(chǎn)，而且又增加了工人數(shù)量，提高了噸煤成本，在部分深部礦井，一條大巷的翻修工作量甚至已經(jīng)超過了重新掘進(jìn)一條新大巷的工作量，大巷修復(fù)工作已經(jīng)成為深部礦井正常生產(chǎn)的又一艱巨任務(wù)和挑戰(zhàn)。因此，亟需提出一種有效的治理大巷變形的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是針對深井大巷變形嚴(yán)重，需要定期擴(kuò)刷巷道斷面的問題，提供一種可控制深井大巷變形，有效的優(yōu)化巷道區(qū)域應(yīng)力場的方法。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的大巷區(qū)域應(yīng)力場優(yōu)化方法，包括如下步驟:
[0005](I)在大巷預(yù)掘之前，先在預(yù)掘的大巷附近相連通的巷道內(nèi)測試地應(yīng)力，得到主應(yīng)力的大小和方向，計(jì)算和分析確定掘進(jìn)前大巷兩側(cè)的最大主應(yīng)力差位置，然后在預(yù)掘的大巷附近層位掘進(jìn)多條卸壓巷；
[0006](2)從卸壓巷底板向最大主應(yīng)力差位置垂直施工底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔，在底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔孔底裝藥，實(shí)施靜力爆破卸壓；
[0007](3)當(dāng)卸壓巷2的頂?shù)装寤騼蓭鸵平窟_(dá)到500?100mm時(shí)，開始掘進(jìn)大巷，掘巷后，實(shí)測大巷兩側(cè)的地應(yīng)力，計(jì)算和分析大巷兩側(cè)的最大主應(yīng)力差位置與巷道幫部的相對距離c ;
[0008](4)從大巷的幫部向最大主應(yīng)力差位置垂直施工幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔，在幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔的孔底裝藥，實(shí)施靜力爆破卸壓。
[0009]所述的卸壓巷位于最大主應(yīng)力差位置上方或下方層位，卸壓巷與大巷的水平距離a為5?30m，垂直距離b為5?30m。
[0010]所述底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔的間距e和排距f均為0.6?2m，底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔的鉆孔長度I1S卸壓巷和最大主應(yīng)力差位置的距離確定。
[0011]所述幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔的間距g和排距h均為0.6?2m，幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔的長度I2由相對距離C確定。
[0012]所述底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔和幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔的孔底裝藥區(qū)長度屯和(12為I?3m。
[0013]有益效果:本發(fā)明通過先在大巷附近相連通的巷道內(nèi)預(yù)測試地應(yīng)力，分析并計(jì)算主應(yīng)力確定大巷掘進(jìn)后巷幫最大主應(yīng)力差的位置。選擇大巷所在層位的上下合適層位，最大主應(yīng)力差位置的上方或下方，掘進(jìn)2?4條卸壓巷，并進(jìn)行一定的支護(hù)，支護(hù)強(qiáng)度允許卸壓巷發(fā)生大的變形。卸壓巷與大巷走向平行布置，從卸壓巷內(nèi)向最大主應(yīng)力差位置施工多列豎直布置鉆孔，終孔位置落在最大主應(yīng)力差位置處，并在孔底裝藥爆破卸壓，優(yōu)化大巷區(qū)域應(yīng)力場，鉆孔的長度由卸壓巷和最大主應(yīng)力差位置的相對距離具體確定。利用卸壓巷的變形來優(yōu)化預(yù)掘進(jìn)大巷的區(qū)域應(yīng)力場。通過卸壓巷內(nèi)鉆孔爆破卸壓和大巷內(nèi)鉆孔爆破卸壓，在大巷掘進(jìn)前后對最大主應(yīng)力差位置進(jìn)行了掘前預(yù)卸壓和二次精確卸壓，能夠有效的優(yōu)化大巷區(qū)域應(yīng)力場。主要優(yōu)點(diǎn)有:
[0014]1.多條卸壓巷道的掘進(jìn)和變形，調(diào)整和降低了大巷附近的地應(yīng)力分布情況，大巷掘進(jìn)在時(shí)間上滯后于卸壓巷掘進(jìn)，大巷區(qū)域應(yīng)力場得到優(yōu)化，有利于成巷以后對巷道進(jìn)行維護(hù)；
[0015]2.卸壓鉆孔的施工對大巷起到了一定的卸壓效果；
[0016]3.從卸壓巷和大巷分別在掘巷前和掘巷后對最大主應(yīng)力差位置進(jìn)行了兩次鉆孔爆破卸壓，爆破卸壓有目的性和針對性，多次爆破卸壓，應(yīng)力優(yōu)化效果較好；
[0017]4采用靜力爆破的方式進(jìn)行爆破卸壓，不會對淺部的巷道圍巖造成破壞。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的大巷區(qū)域應(yīng)力場優(yōu)化方法示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的卸壓巷底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔布置不意圖；
[0020]圖3為本發(fā)明的大巷幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔布置示意圖。
[0021]1-大巷；2_卸壓巷；3_最大主應(yīng)力差位置；4_底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔；5_幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔；6-裝藥區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
[0023]本發(fā)明的大巷區(qū)域應(yīng)力場優(yōu)化方法，具體步驟如下:
[0024](I)確定最大主應(yīng)力差位置，掘進(jìn)卸壓巷:在大巷I預(yù)掘之前，先在預(yù)掘的大巷I附近相連通的巷道內(nèi)測試地應(yīng)力，得到主應(yīng)力的大小和方向，計(jì)算和分析確定掘進(jìn)前大巷I兩側(cè)的最大主應(yīng)力差位置3，最大主應(yīng)力差位置3與巷道幫部的相對距離為c ;然后在預(yù)掘的大巷I附近層位掘進(jìn)2?4條卸壓巷2 ;所述的卸壓巷2位于最大主應(yīng)力差位置3上方或下方層位，卸壓巷2與大巷I的水平距離a為5?30m，垂直距離b為5?30m，如圖1所示;
[0025](2)從卸壓巷2底板向最大主應(yīng)力差位置3垂直施工底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔4，底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔4的布置方式如圖2所示，鉆孔的直徑D1S 40mm以上，底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔4的間距e和排距f均為0.6?2m，底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔4的鉆孔長度I1由卸壓巷2和最大主應(yīng)力差位置3的距離確定；底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔4施工完成后，在底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔4孔底裝藥，實(shí)施靜力爆破卸壓；所述底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔4的孔底裝藥區(qū)6長度屯為I?3m。
[0026](3)掘進(jìn)大巷，確定最大主應(yīng)力差位置:當(dāng)卸壓巷2的頂?shù)装寤騼蓭鸵平窟_(dá)到500?100mm時(shí)，開始掘進(jìn)大巷1，掘巷后，實(shí)測大巷I兩側(cè)的地應(yīng)力，得到大巷I所在區(qū)域主應(yīng)力的大小和方向，計(jì)算和分析后，得到大巷I兩側(cè)的最大主應(yīng)力差位置3，最大主應(yīng)力差位置3與巷道幫部的相對距離c ;
[0027](4)巷內(nèi)施工卸壓鉆孔，并爆破卸壓:從大巷I的幫部向最大主應(yīng)力差位置3垂直施工幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔5，如圖3所示，幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔5的間距g和排距h均為0.6?2m,幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔5的長度I2由相對距離c確定；直徑D 2為40mm以上。幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔5的方向垂直于巷道幫部，在幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔5的孔底裝藥區(qū)6裝藥，進(jìn)行靜力爆破卸壓，裝藥區(qū)6的長度(12為I?3m。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大巷區(qū)域應(yīng)力場優(yōu)化方法，其特在于包括如下步驟: (1)在大巷(I)預(yù)掘之前，先在預(yù)掘的大巷(I)附近相連通的巷道內(nèi)測試地應(yīng)力，得到主應(yīng)力的大小和方向，計(jì)算和分析確定掘進(jìn)前大巷(I)兩側(cè)的最大主應(yīng)力差位置(3)，然后在預(yù)掘的大巷(I)附近層位掘進(jìn)多條卸壓巷(2); (2)從卸壓巷(2)底板向最大主應(yīng)力差位置(3)垂直施工底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔(4)，在底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔(4)孔底裝藥，實(shí)施靜力爆破卸壓； (3)當(dāng)卸壓巷(2)的頂?shù)装寤騼蓭鸵平窟_(dá)到500~1000mm時(shí)，開始掘進(jìn)大巷(1)，掘巷后，實(shí)測大巷(I)兩側(cè)的地應(yīng)力，計(jì)算和分析大巷(I)兩側(cè)的最大主應(yīng)力差位置(3)與巷道幫部的相對距離c; (4)從大巷(I)的幫部向最大主應(yīng)力差位置(3)垂直施工幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔(5)，在幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔(5)的孔底裝藥，實(shí)施靜力爆破卸壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大巷區(qū)域應(yīng)力場優(yōu)化方法，其特征在于:所述的卸壓巷(2)位于最大主應(yīng)力差位置(3)上方或下方層位，卸壓巷(2)與大巷(I)的水平距離aS5~30m，垂直距離b為5~30m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大巷區(qū)域應(yīng)力場優(yōu)化方法，其特征在于:所述底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔(4)的間距e和排距/均為0.6~2m，底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔(4)的鉆孔長度Λ由卸壓巷(2)和最大主應(yīng)力差位置(3)的距離確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大巷區(qū)域應(yīng)力場優(yōu)化方法，其特征在于:所述幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔(5)的間距^和排距A均為0.6~2m，幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔(5)的長度7^由相對距離c確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大巷區(qū)域應(yīng)力場優(yōu)化方法，其特征在于:所述底板應(yīng)力優(yōu)化鉆孔(4)和幫部應(yīng)力優(yōu)化鉆孔(5)的孔底裝藥區(qū)(6)長度4和4為l~3m。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大巷區(qū)域應(yīng)力場優(yōu)化方法，首先是在大巷掘進(jìn)前，在大巷附近相連通的巷道測試地應(yīng)力，計(jì)算并分析得到大巷掘進(jìn)后巷幫最大主應(yīng)力差的位置，然后在大巷附近合適的層位最大主應(yīng)力差位置的上方或下方掘進(jìn)多條卸壓巷，利用卸壓巷對大巷進(jìn)行卸壓。然后從卸壓巷內(nèi)向最大主應(yīng)力差位置處施工應(yīng)力優(yōu)化鉆孔并靜力爆破。待卸壓巷變形到一定程度以后掘進(jìn)大巷，然后在大巷內(nèi)測量地應(yīng)力并計(jì)算巷幫最大主應(yīng)力差的位置。從大巷內(nèi)向幫部最大主應(yīng)力差位置處施工應(yīng)力優(yōu)化鉆孔并爆破卸壓，優(yōu)化大巷區(qū)域應(yīng)力場。該方法不僅利用卸壓巷進(jìn)行卸壓，而且在掘巷前后兩次對巷幫最大主應(yīng)力差位置進(jìn)行爆破卸壓，因而可以較好的優(yōu)化大巷所在區(qū)域的應(yīng)力場。
【IPC分類】E21D9-00
【公開號】CN104564086
【申請?zhí)枴緾N201410834743
【發(fā)明人】張農(nóng), 付世雄, 鄭西貴, 張強(qiáng), 張名, 路抗
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月29日