[发明专利]一种基于电脉冲的煤柱型冲击地压防治方法

说明书

本发明提供一种基于电脉冲的煤柱型冲击地压防治方法，涉及矿山安全生产技术领域。本发明从采空区悬顶压裂和煤体弱化角度，降低煤柱的应力集中程度。采用水力压裂方法切断采空区悬露的顶板，降低采空区悬顶对煤柱的产生的作用力。同时，可以采用电脉冲预裂方法对煤柱的集中应力区域进一步预裂卸压，使集中应力向煤柱深部区域转移，降低巷道围岩的应力集中程度。两种方法共同作用，进而达到煤柱型冲击地压防治的目的。

技术领域

本发明涉及矿山安全生产技术领域，尤其涉及一种基于电脉冲的煤柱型冲击地压防治方法。

背景技术

煤矿冲击地压是指井下巷道、工作面等处的煤岩体突然破坏而产生的一种剧烈动力灾害。据统计，截至2019年6月我国正在生产的冲击地压矿井的数目为121座、产能约4亿t/a，在煤炭供应保障中发挥着重要作用。我国冲击地压的发生受煤柱影响较为常见，煤柱型冲击地压是由于巷道周围煤体中的压力(开采引起的二次应力)由亚稳态增加至极限值，其积聚能量的突然释放。实际开采的煤岩体能否发生冲击地压等动力灾害，不仅与开采过程中煤岩体的应力条件直接相关，同时取决于煤岩体自身是否具有一定的冲击倾向性。关于煤柱冲击地压卸压防治措施，可从两个方面入手，一是通过改变煤岩体结构和物理力学性能，减小煤层冲击倾向性；二是降低静载应力集中程度，使高应力区域向煤壁深部转移。

现有技术中，多是采用钻孔卸压和煤层注水技术对煤柱区域冲击地压进行被动防治。钻孔卸压工作量大，卸压效果不明显，需要进行多次卸压。煤层注水的防治效果有限，可以在一定范围降低煤体的冲击倾向性，改善围岩受力状态，同时注水效果与煤体中亲水性矿物的含量密切相关。煤柱型冲击地压防治的关键是控制煤柱的应力集中，邻近的采空区悬顶是主要的应力来源。因此，可以从采空区悬顶预裂和煤体弱化角度，降低煤柱的应力集中程度。采用水力压裂方法将采空区悬露的顶板切断，降低采空区悬顶对煤柱的受力。同时，可以采用电脉冲预裂方法对煤柱的集中应力区域进行预裂卸压，使集中应力向煤柱深部区域转移，降低巷道围岩的应力集中程度，进而达到煤柱型冲击地压防治的目的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于电脉冲的煤柱型冲击地压防治方法。

一种基于电脉冲的煤柱型冲击地压防治方法，包括以下步骤：

步骤1：在工作面的邻近采空区的回采巷道设置应力在线监测站，对煤柱应力进行实时在线监测，根据类比法和已有的冲击地压显现的垂直应力监测数据，综合确定冲击地压预警指标；

步骤1.1：在工作面的邻近采空区的回采巷道，每隔30-50m设置一个应力在线监测站，每个应力监测站包含若干个应力监测点，对不同深度的煤柱应力进行实时在线监测；应力监测点从巷道表面5m开始，每隔5m设置一个。

步骤1.2：监测站布置完成后，对煤柱的垂直应力进行实时在线监测；

步骤1.3：根据垂直应力和垂直应力变化率两项指标综合判别监测点冲击危险性，只要一项指标满足判别条件则判断有冲击危险。两项预警指标的数值根据类比法和已有的冲击地压显现的垂直应力监测数据综合确定，其中垂直应力变化率Δσ计算过程如下：

式中，Δσ为垂直应力变化率，σ₁为t₁时刻监测点的垂直应力值，σ₂为t₂时刻监测点的垂直应力值，Δt为时间间隔t₂-t₁；

步骤1.4：根据监测得到的垂直应力大小和垂直应力变化率两项指标，对冲击危险进行评估；若监测的两项指标均小于冲击地压的预警值时，不需要采取措施；若监测的垂直应力大小和垂直应力变化率有一项指标达到冲击地压的应力预警值时，采取步骤2；若采取步骤2后，监测的垂直应力大小和垂直应力变化率有一项指标仍达到冲击地压的应力预警值时，采取步骤3；若采取步骤3后，监测的垂直应力大小和垂直应力变化率有一项指标仍达到冲击地压的应力预警值时，采取步骤4。