[發明專利]一種基于主應力差進行巷道區域應力場優化的方法

在審

• 申請號: 201410837201.7
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104632229A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 鄭西貴;付世雄;張農;花錦波;岳煒;張強
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21B49/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種基于主應力差進行巷道區域應力場優化的方法，尤其適用于深井、高地應力巷道掘進時對巷道區域應力場優化，屬于巷道支護技術領域。

背景技術

巷道的變形是煤礦生產中不可避免的現象，尤其是煤礦進入深部開采以后，巷道轉變為高應力巷道。研究表明，深井高應力巷道的礦壓顯現特點是巷道水平應力大、開挖就產生顯著的變形量、掘巷初期的變形速度大、變形趨于穩定的時間長、長期蠕變、底鼓量大、沖擊礦壓發生的頻率和強度增大，這些特征都增加了巷道支護的難度。而本質上，是由于巖層的壓力大，巷道圍巖變形量顯著增大，支架損壞嚴重，巷道翻修量劇增，巷道維護變得異常困難。為了保證煤礦的正常生產需要及高產高效，巷道需要大量的翻修，維護費用高。實踐表明，深部開采的巷道翻修率可答40％～80％，有的甚至高達100％。深井、高應力巷道的有效支護問題給煤礦的正常生產帶來巨大的困擾。

長期以來，針對深井、高地應力巷道水平應力大、圍巖變形量大、變形速度快、不能有效支護、需要經常翻修的問題，國內外學者和煤礦工程技術人員做了大量的研究，提出了一些應力優化的方法，包括鉆孔卸壓、切槽、巷外掘巷等等。這些方法雖然在部分地區和個別礦井取得了試驗性成功，然而由于地質條件的復雜性和差異性，這些方法仍然沒有被普遍的接受和推廣使用。且這些方法均與巷道掘進不同步，滯后于掘進端頭一定的距離，同時鉆孔優化的具體位置存在盲目性，因此不能及時的優化巷道區域的應力場。所以，對于巷道應力場的優化仍需繼續研究，亟需提出一種超前于掘進端頭且普遍適用的方法。

發明內容

技術問題：本發明的目的是針對現有的巷道區域應力場優化方法滯后于掘進工作面、盲目卸壓的問題，依據巷道圍巖的最大主應力差，提供一種對巷道區域應力場進行超前卸壓的方法。

技術方案：本發明的基于主應力差進行巷道區域應力場優化的方法，包括如下步驟：

(1)在緊鄰掘進端頭的兩幫施工應力解除鉆孔，用應力解除法測地應力，計算和分析主應力，確定最大主應力差位置與掘進端頭的端頭垂直距離a，以及最大主應力差位置與巷道兩幫部界線的巷道垂直距離為b；

(2)從掘進端頭向左右兩側最大主應力差位置方向施工多列應力優化鉆孔，多列應力優化鉆孔的終孔位置落在最大主應力差位置處；

(3)在施工的多列應力優化鉆孔孔底裝藥，進行靜力爆破，實現優化巷道區域應力場；

(4)繼續掘進，當累計掘進進尺達到垂直距離a時，重復步驟(1)、(2)、(3)，對巷道進行區域應力場超前優化，直至完成整個巷道的掘進。

所述多列應力優化鉆孔相鄰兩列之間的間距c為0.6～2m。

所述多列應力優化鉆孔相鄰兩排之間的排距d為0.6～1.2m。

所述應力優化鉆孔的長度l依據端頭垂直距離a、巷道垂直距離b、間距c、排距d、掘進巷道的斷面尺寸和鉆孔的列數確定。

所述多列應力優化鉆孔孔底的裝藥區長度m為1～2m。

有益效果：本發明通過在緊鄰掘進端頭的幫部圍巖中布置應力解除孔，應用應力解除法測試地應力，得到該掘進巷道圍巖中三個主應力的大小和方向。對三個主應力進行計算和分析，得到掘進巷道周邊區域主應力差的分布情況，確定最大主應力差的位置。從掘進端頭，順著巷道走向左右對稱布置多列應力優化鉆孔，終孔落在主應力差最大的位置區域。通過在應力優化鉆孔內進行裝藥爆破，減小最大主應力差，優化巷道區域應力場。在巷道掘進的過程中，循環進行地應力測試、計算最大主應力差位置點、布置應力優化鉆孔、靜力爆破。應力場優化超前于巷道掘進優化效果較好，優化后的巷道易于維護。具有廣闊的應用前景。主要有以下優點：

1.基于最大主應力差位置對巷道區域應力場進行調整優化，而不是盲目的爆破卸壓，可以取的較好的應力場優化效果；

2.在掘進工作面向前方巖體施工應力優化鉆孔，對圍巖進行初步卸壓；

3.鉆孔爆破超前于巷道的掘進，在巷道變形前完成卸壓和區域應力場調整，且爆破時多排鉆孔分多次順序進行，可以取得更好的應力優化效果；

4.采用靜力爆破的方法，不會對淺部圍巖進行破壞，淺部圍巖的完整性仍較高，有利于對巷道的長時間維護。

附圖說明

圖1為本發明的基于主應力差進行巷道區域應力場優化的方法的平面布置示意圖；

圖2為圖1的Ⅰ-Ⅰ剖面布置示意圖；

圖3為圖1的Ⅱ-Ⅱ剖面布置示意圖。