[发明专利]人工调控巷道围岩支护消能减震特性防治冲击地压的方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿采矿巷道支护，具体为一种通过人工调控巷道围岩支护消能减震特性防治冲击地压的方法，特别适用于深部冲击地压煤矿的采区巷道。

背景技术

随着我国能源需求量的增加和开采强度的不断加大，未来几年大部分矿井将进入深部开采阶段。在深部条件下，冲击地压发生的频率和强度会增加，容易造成巷道支护破坏、垮塌及人员伤亡事故，严重影响煤矿的安全生产。因此，针对深部工作面回采巷道冲击地压的防治成为我国深部煤炭安全高效开采亟需解决的课题。

目前，对于冲击地压的防治主要采取区域性防范、局部解危措施和加强支护三种办法。

区域性防范，主要包括采区合理布置，开采保护层（在一个煤层群中，先开采一个煤层，使临近煤层得到一定时间内的卸裁，先开采的煤层对邻近煤层起到保护作用，称之为解放层），煤层注水等。这种方法主要是通过降低应力集中程度，降低开采煤层的冲击倾向性来防治冲击地压。对于深部开采，因地质条件及巷道围岩的应力状态十分复杂，无合适的解放层；同时深部的地应力和构造应力较大，采取这类区域性防范，其效果往往不理想。

局部解危措施，包括钻孔卸压和爆破卸压等方法。钻孔卸压是在煤层中打一定数量的钻孔，利用钻孔周围形成的破碎区的贯通作用使煤层破裂、卸压，达到消除或减缓冲击地压的目的。爆破卸压是对具有冲击地压危险的局部区域，用爆破的方法使煤层破裂、卸压，减缓其应力集中程度。这种方法是通过改变煤层应力场分布，减小巷道围岩附近的应力集中程度，但煤层压力并未减小，只是向煤层深部转移。因而不能从根本上解决冲击地压问题。

加强支护的办法，是将传统的锚杆、锚索、注浆、锚网喷、锚注、钢拱架等支护中的一种或几种联合使用，以提高围岩结构体的支架强度，控制巷道围岩的变形，提升抵御高原岩应力的承载能力。由于深部开采过程冲击地压产生的强冲击动载荷常常超出这些支护的强度极限，使其不能有效避免支架及巷道被破坏的危险发生；同时，这种方法还存在支护设备重，安装运输比较困难，工人劳动强度大等缺陷。

针对深部开采，煤岩的动力现象往往会释放大量冲击能量，这些能量以冲击波的形式通过介质传播到支架上，对其产生强烈的冲击破坏性。对于冲击地压产生的这种冲击波能量，只有通过增大冲击波传播过程中的能量损耗，才能降低其对巷道表面围岩与支架的破坏性。而上述三种防治方法，理论上都是以冲击地压发生条件为依据，没有从冲击地压发生过程中耗能减震角度来考虑，故其均存在局限性，无法使深部开采发生的巨大冲击能量向巷道空间释放过程中被吸收或损耗，导致支护结构经常会因无法抵抗如此巨大的冲击力而失稳、破坏。因此，以上三种防治方法均不能解决深部开采中的冲击地压问题。

从耗能减震角度考虑的吸能支护装置，目前主要用于软岩巷道或人防洞室等永久性支护。这类装置一般由钢筋混凝土支护层与强度较低的弹性吸能材料构成，采取一次成型，维修困难，且不可重复使用。其原理是利用吸能材料的柔软大变形特点，提供变形空间与防水功能。而对于支护时间较短、支护阻力较大、需抵抗高速强力冲击载荷的冲击地压回采巷道，这种结构的吸能支护装置因不能满足技术要求，不适用。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题和缺陷，为冲击地压回采巷道提供一种通过人工调控巷道围岩支护消能减震特性防治冲击地压的方法，使冲击地压得到有效控制，减少冲击地压引起的安全事故。

为实现上述目的，本发明提供的人工调控巷道围岩支护消能减震特性防治冲击地压的方法，包括以下步骤：

步骤一：在工作面回采巷道形成后先用固有频率远离冲击地压振动频率的高强度金属支架对巷道表面进行支护，在金属支架与巷道围岩支架间填充由高强度减震材料构成的缓冲减震层；

步骤二：向巷道围岩中钻爆破孔，孔的密度及分布位置根据所需破碎煤岩的范围确定，孔的直径和深度根据巷道围岩消能减震要求确定；

步骤三：在爆破孔中放置炸药，炸药由间隔段分段设置，每段炸药与爆破孔的孔壁间留有间隙，炸药与导爆管相接；

步骤四：采取分段间隔毫秒爆破技术对煤岩进行破碎，形成一定厚度的消能减震层，与所述缓冲减震层一起构成围岩支护复合层；

步骤五：在围岩、消能减震层、缓冲减震层和金属支架处分别布置测振传感器，通过监测分析仪器对冲击地压、矿震和放炮等冲击载荷对支护的响应进行检测，确定围岩支护复合层的消能减震效果；