[发明专利]一种边界煤柱下巷道的卸压-补强协同维护方法

说明书

本发明提供了一种边界煤柱下巷道的卸压‑补强协同维护方法，涉及采矿工程技术领域，解决了边界煤柱下方巷道支护的技术问题。具体步骤包括：首先确定上覆边界煤柱的致裂范围，然后选择合适的致裂方法破坏上覆边界煤柱；然后在巷道的两帮施工压裂煤体，使巷道两帮的应力向深部转移；再利用锚索对巷道两帮进行补强支护，使上覆边界煤柱下方巷道两帮塑性区在补强锚索的作用下形成新的承载锚固区。其中边界煤柱的致裂范围根据巷道宽度、巷道边界与上覆边界煤柱边缘的最小水平距离等进行确定，根据实际地质条件计算致裂的施工参数，以及两帮致裂范围和施工参数。该方法通过计算合理的确定致裂范围，从而降低了施工技术难度，还具有巷道稳定性高等优点。

技术领域

本发明涉及采矿工程技术领域，尤其是一种边界煤柱下巷道的卸压-补强协同维护方法。

背景技术

矿井煤炭资源多以近距煤层群的形式赋存于地下，并且多采用下行开采。在下行开采中，由于受地质条件及开采技术的影响，有一些巷道布置在上覆边界煤柱下方，受上覆边界煤柱应力传递的影响，边界煤柱下方巷道围岩易出现底鼓、片帮、垮落等巷道失稳问题，严重妨碍了煤矿的正常生产。

目前，为解决上覆边界煤柱对下部巷道的影响，主要从弱化上覆边界煤柱、煤柱下巷道加强支护两方面进行巷道维护，保证巷道的稳定性。其中在弱化上覆边界煤柱方面，常采用爆破、注水软化、水力压裂等技术弱化、破坏上覆边界煤柱，以此来减少上覆边界煤柱对下部巷道的应力传递，该方法虽然能阻隔应力的传递，但仅仅只能阻隔较小的一部分，不能完全的阻隔向下传递的应力，同时也不能改变应力传递方向，所以不能从根本上的减小上覆边界煤柱对下部巷道的影响。煤柱下巷道的加强支护则主要是优化巷道支护参数、锚喷支护等支护方式，以此来加固围岩，减少围岩变形，但该方法只能维护巷道表面的稳定性，不能对巷道两帮深部应力集中区域进行有效的转移、破坏。

现有的技术中，针对上覆煤柱下部巷道的维护，进行了一系列技术改进，其中在弱化上覆煤柱方面，例如：(1)中国专利(CN110359909 A)公开了一种用于坚硬煤层遗留煤柱的软化方法，中国专利(CN110714764 A)公开了一种近距离上覆残留煤柱卸压方法，以上两种方法都通过爆破技术对上覆残留煤柱进行弱化，弱化效果较好，但是该方法涉及火药、雷管等易燃易爆物品，在井下需留设炸药储存室，同时需安排专业人员管理，存在安全隐患，不利于矿井安全高效、经济生产；(2)中国专利(CN107304676 A)公开了一种遗留煤柱下冲击地压的防治方法，该方法在上覆遗留煤柱内进行高压注水，达到弱化煤体的作用，从而降低煤柱内高应力向底板的传递作用，减少或消除煤柱下方回采工作面的冲击危险；中国专利(CN 108894787 A)公开了一种上覆采空区遗留矿柱应力集中的压裂解除方法，该方法的核心在于首先通过定向压裂顶板优化顶板的应力，减小力的来源，其次是脉冲压裂煤柱，产生缝隙网络，弱化煤柱刚度减小煤柱的承载能力，最后是脉冲压裂煤柱底板岩层，减弱其传递应力集中的能力；以上两种方法在施工过程中裂缝或裂隙不易控制，高压水容易沿遗留煤柱裂隙或者节理弱面流入采空区，不能达到理想的破坏效果。(3)中国专利(CN110230493A)公开了一种遗留煤柱的切角破坏方法，它主要通过确定煤柱破坏角度，通过切割煤柱顶角和底角，改变煤柱破坏形式，实现煤柱压破坏到剪破坏的转变。该方法对于窄遗留煤柱来说，遗留煤柱会由压破坏转变为剪破坏，但是对于宽度30m以上的遗留煤柱来说，在切割煤柱顶角和底角后，遗留煤柱中间部分还有很大区域没有被破坏，在矿山压力作用下，遗留煤柱仍为受压状态，不易发生剪破坏，因此，该方法具有一定的局限性。(4)中国专利(CN110130895A)公开了一种弱化遗留煤柱潜在破坏面的煤柱破坏方法，该发明通过在煤柱形心钻孔弱化遗留煤柱潜在破坏面，之后在矿山压力下实现整体破坏。该技术的缺陷，一是首先对上层遗留煤柱钻取岩芯，将岩芯加工成与遗留煤柱相同高径比的试件，进行单轴压缩试验，确认其破坏形式是否符合剪切破坏形式，如果是剪切破坏则说明他公开的技术只适合剪切破坏的煤柱，对于受拉伸破坏的煤柱并不使用，这导致使用有很大的局限性；二是由于将弱化煤柱的位置选在煤柱中心位置，此处弱化钻孔将遗留煤柱分为两个小煤柱，两个小煤柱作为支撑点共同承受上覆岩层的压力，当遗留煤柱较窄时，被分成的两个小煤柱不能承受上覆岩层的压力，进而遗留煤柱破坏，但是当遗留煤柱较宽时，被分成的两个小煤柱能承受上覆岩层的压力，遗留煤柱不能在矿山压力作用下破坏，从而决定了最适合用于窄遗留煤柱。