[發明專利]一種利用充填方式防治沖擊地壓的方法

在審

• 申請號: 201510416363.8
• 申請日: 2015-07-15
• 公開（公告）號: CN104948191A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 潘一山;劉建功;尹萬蕾;李忠華;閻海鵬;李國臻
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: E21C41/16
• 分類號: E21C41/16
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 崔蘭蒔

技術領域

本發明屬于煤礦安全生產技術領域，是涉及一種煤礦防治沖擊地壓的方法，特別是涉及一種利用充填方式防治沖擊地壓的方法。

背景技術

沖擊地壓是威脅采礦行業安全生產的重大災害。隨著我國煤礦資源開采逐漸向深部發展，沖擊地壓的發生頻次越來越大，其危害性也愈加增大；造成巷道圍巖破壞、垮塌及人員傷亡事故，對煤礦安全生產造成極大的危害。井下一旦發生沖擊地壓，會造成巷道變形片幫、冒頂、底鼓、摧毀支架、堵塞巷道甚至頂底板合攏，因而影響通風或顛翻設備造成生產中斷，還可能對作業人員構成人身傷害，甚至造成死亡事故。因此，沖擊地壓安全治理問題一直是煤炭資源開發面臨的世界性技術難題。

申請號為2013105499346的中國專利《利用抽幫充填防治沿空巷道沖擊地壓的方法》，采用爆破將松動的幫部煤體抽出拋擲到巷道中，充填部分巷道，形成大范圍卸壓保護帶；但是，該技術方案沒有從采空區充填入手，煤柱松動爆破具有局限性，不能完全有效治理頂板斷裂型、煤體壓縮型沖擊地壓。

論文《基于沖擊地壓防治的深井沿空留巷充填材料研究》，主要進行了可壓縮充填體的成型出磨、養護等生產系統研究；但是其沒有從充填方法上入手研究。

沖擊地壓的機理及防治技術研究是目前國際采礦和巖石力學領域公認的難題。我國從二十世紀八十年代初開始進行沖擊地壓研究，歷經三十多年，在理論研究、預測防治技術與裝備方面均取得了大量研究成果。對沖擊地壓發生機理有了一定認識，同時發展了鉆屑法、電磁輻射法、微震法、開采保護層、煤層注水、鉆孔卸壓、爆破卸壓等沖擊地壓預測防治技術，創新了采動應力監測、電荷監測、深孔爆破斷頂斷底卸壓、大直徑鉆孔卸壓、水力壓裂等沖擊地壓預測防治技術。

以往沖擊地壓超前支護采用錨網(索)加多排單體支柱、O型棚或超前支架的強支護方式，費用相當高，且均不能有效避免沖擊的發生；經調查研究發現：充填防沖開采是一種有效治理沖擊地壓的采煤方法。利用充填防沖開采，可以有效改善強支護方式，從總體上減少支護成本，降低次生應力集中系數，實現安全開采沖擊危險煤層，安全掘巷，有效治理沖擊地壓。

學術界從充填體對巖層移動的控制機制研究分析，提出了許多理論研究，但這些研究都從頂板控制理論方面著手研究充填對地表的控制，未從充填方面研究預防沖擊地壓，未從煤巖體的應力應變控制方面出發，而本發明則是從充填防沖角度入手研究充填防治沖擊地壓。

傳統的充填采煤法的目的是解決“三下一上”(水體下，鐵路下，建筑物下，承壓水體上)煤層開采問題，減緩地表下沉，保護地下水開采，矸石不上井，消除煤炭自燃等方面設計服務，但從未在沖擊地壓的防治治理上應用過。

傳統的充填開采存在充填率高、接頂要求高、投資高等缺點，而充填防沖開采能夠避開以上要求，且具有投資少，收益高，防沖效果特別突出的優點，能夠有效治理沖擊地壓。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種利用充填方式防治沖擊地壓的方法，該方法能夠建立頂板-煤體-支架-防沖體-底板耦合防沖支護結構，應用于具有沖擊危險性的沖擊地壓礦井，達到治理沖擊地壓的效果。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案，一種利用充填方式防治沖擊地壓的方法，包括如下步驟：

步驟一：采煤機割煤進刀，刮板輸送機運煤，充填防沖液壓支架護幫、護頂；

步驟二：工作面推進適當距離后，采用充填防沖材料通過充填防沖液壓支架對采空區實施充填防沖；隨著充填作業的不斷推進，充填防沖材料不斷累積壓實，形成整體支撐上覆巖層的充填防沖膠結承載體，即防沖體；充填防沖液壓支架前回采與充填防沖液壓支架后充填作業同步進行，即架前割煤，架后充填；待充填作業達到要求后，工作面充填采煤完成一個作業循環；

步驟三：推移刮板輸送機，進行下一作業循環。

步驟二中所述的充填防沖材料為礦井防治沖擊地壓專用防沖讓壓緩沖減震復合材料。

步驟二中所述的充填作業采用完全充填或部分充填。

步驟二中所述的充填作業的充填方式為固體充填、膏體充填或高水材料充填。

本發明從控制煤巖層應力集中問題出發，根據沖擊地壓失穩理論，以公式為計算基礎，進行充填防沖分析；式中，外因P-煤巖體應力，內力K_E-煤巖體沖擊傾向性，σ_c-峰值抗壓強度，q-煤巖體上部載荷。