[发明专利]一种坚硬顶板型冲击地压的立体式防治方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种坚硬顶板型冲击地压的立体式防治方法，属于矿井防护技术领域。 

背景技术

随着我国煤炭资源的大量开采，浅部煤炭资源已经趋于枯竭，深部煤炭资源是我国21世纪主体能源的战略保障，资源按深度分布，1000m以下的煤炭储量2.5万亿吨，约占总储量的53％，但是随着开采深度的增加，煤矿动力灾害——冲击地压频度和强度明显增加。据资料统计，我国冲击地压矿井数目急剧增多，遍布各大采煤矿区。冲击地压已成为制约煤矿安全高效生产的主要灾害之一。冲击地压是采掘空间周围煤岩体中聚集的能量突然大量释放，快速破坏煤岩体，并产生剧烈震动，造成人员伤亡和采掘空间严重破坏的煤矿动力灾害，由高应力、动载扰动组合诱发。坚硬顶板型冲击地压发生的诱因是“动载”与“静载”的相互叠加，综合应力水平超过冲击地压发生的最小载荷。“静载”来自于“地压”和“支承压力”，“动载”来自于“顶板来压”和“外界震源”。冲击地压以强烈声响(震动)、空气冲击波(风流)、煤岩的抛射、具有较强的破坏性、甚至产生地表震动为特点。冲击地压甚至能引起煤岩层和采空区中的瓦斯大量涌出，引发瓦斯爆炸事故，还能引发水灾、火灾等，尤其是坚硬顶板型冲击地压造成的灾害较大。因此，对冲击地压的预防已经迫在眉睫。针对坚硬顶板型冲击地压，传统的防治方法有煤层注水，顶板水力致裂等，这些方法有一定的效果，但是卸压措施单一、方法不系统、卸压效果不明显、有一定局限性等缺点突出。 

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种坚硬顶板型冲击地压的立体式防治方法，采用多种卸压方式相相互互补，从而对煤岩体进行充分卸压，降低冲击地压发生的可能性。 

为了实现上述目的，本发明的具体步骤是： 

(1)减震：对高位关键层顶板进行卸压爆破，切断高位关键层顶板，减小其垮落步距； 

(2)吸能：采用卸压爆破法、定向水力裂缝法或定向爆破裂缝法对煤层上覆老顶进行卸压，减小其垮落步距； 

(3)降冲：采用煤层注水法、大直径钻孔卸压法或卸压爆破法对煤体进行卸压； 

(4)效果检验：利用微震系统检验步骤(1)的卸压效果，利用电磁辐射和声发射系统检验步骤(2)的卸压效果，利用钻屑法和常规矿压观测检验步骤(3)的卸压效果；若卸压效果未达到所需的效果，则重复相应的步骤，直至达到所需的卸压效果。 

冲击地压的发生机理： 

静载与动载结合诱发冲击地压： 

σ_j+σ_d≥σ_bmin

σ_j-静载荷,来自于地压、支承压力 

σ_d-动载荷,来自于顶板来压、矿震 

σ_bmin-诱发冲击的最小载荷 

与现有技术相比，本发明采用立体式卸压方法，通过减震、吸能和降冲，并采用多种卸压方法相互补充，系统全面的对煤岩体进行充分卸压，降低了冲击地压发生的可能性。 

附图说明

图1是本发明中残余震动波的振动速度—时间曲线图； 

图2是本发明中冲击能指数和单轴抗压强度之间的关系图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。 

本发明的具体步骤是(1)减震；(2)吸能；(3)降冲： 

(1)所述的减震原理：煤层内的弹性能可由体变弹性能U_v、形变弹性能U_f和顶板弯曲弹性能U_w3个部分组成，即： 

U＝U_v+U_f+U_w   (1) 

其中顶板弯曲弹性能U_w为： 

式中： 

M—煤壁上方顶板岩层的弯矩； 

—顶板岩层弯曲下沉的转角。 

由此，相应地可得顶板初次垮落期间的弯曲弹性能为：