[發(fā)明專利]基于壓裂圈的強地壓巷道應(yīng)力轉(zhuǎn)移方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710324648.8
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107083961B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃炳香;劉江偉;趙興龍;陳樹亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué);徐州佑學(xué)礦業(yè)科技有限公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21B43/26
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

一種基于壓裂圈的強地壓巷道應(yīng)力轉(zhuǎn)移方法，根據(jù)巷道應(yīng)力源施工鉆孔進行壓裂，在圍巖內(nèi)形成一圈人為弱化帶，即“壓裂圈”，通過卸荷、應(yīng)力阻斷和讓壓作用使巷道圍巖高應(yīng)力轉(zhuǎn)移，并利用增加的弱結(jié)構(gòu)區(qū)吸收沖擊能量，控制荷載對巷道圍巖變形的影響。壓裂圈是具有一定寬度的弱化帶，內(nèi)邊界稱為保護圓，帶寬較小的壓裂圈稱為切阻斷圓和切阻斷弧。保護圓半徑一般在支護體的邊緣留設(shè)一定寬度的安全煤巖柱屏障來確定；壓裂圈的寬度根據(jù)圍巖結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力條件和施工工藝情況確定，地應(yīng)力越大，壓裂圈的寬度就越大。切阻斷圓和切阻斷弧切斷傳播應(yīng)力的所有目標(biāo)巖層；堅硬懸頂?shù)那凶钄嗷〗咏蛘呤敲褐乃苄詤^(qū)和破壞區(qū)的交界線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種強地壓巷道壓裂應(yīng)力轉(zhuǎn)移方法，能夠在巷道圍巖內(nèi)形成一圈人為弱結(jié)構(gòu)區(qū)，即“壓裂圈”，通過卸荷、應(yīng)力阻斷、讓壓作用主動將巷道圍巖富集的高應(yīng)力轉(zhuǎn)移至遠離巷道的安全區(qū)域，使得巷道圍巖應(yīng)力減弱至較低的可控的水平，并利用增加的人為弱化帶吸收沖擊能量，控制荷載對巷道圍巖變形的影響。

背景技術(shù)

巷道圍巖失穩(wěn)原因從產(chǎn)生機理上主要分為以下三方面：

①高地應(yīng)力環(huán)境

越來越多的煤礦進入深部開采，千米深井開采逐漸成為常態(tài)；靠近地質(zhì)構(gòu)造帶的巷道，地應(yīng)力集中程度高，圍巖完整性差都會造成巷道地應(yīng)力水平整體或局部升高，并由此帶來強地壓現(xiàn)象。

②開采擾動

人為采掘布置形成的孤島和半孤島(一側(cè)采空)工作面，或者為了使要回采的高瓦斯工作面進行長時間的瓦斯逸散，形成的長時間留設(shè)未采的孤島工作面；近距離煤層群開采過程中上部開采完畢后殘存的保護煤柱使下部煤層應(yīng)力升高。

巷道在維護過程中，受本工作面、相鄰工作面、上部工作面或急傾斜煤層中的下部工作面影響，引起動載和靜載疊加，應(yīng)力集中程度增加，增加了巷道強地壓和失穩(wěn)破壞的速率；當(dāng)巷道在掘進過程中，自身的巷道圍巖存在圍巖擾動，再加上臨近工作面和周邊工作面回采動壓的影響，頂板活動進一步加劇，巷道的強地壓現(xiàn)象會更加強烈。

③圍巖的力學(xué)特性

巷道圍巖的力學(xué)特性對巷道的穩(wěn)定性具有重要作用。對于金屬礦山和非金屬礦山，采空區(qū)堅硬頂板往往會大面積懸而不斷，將其自重及承載的上覆巖層的重量轉(zhuǎn)移至煤柱及巷道頂板，煤柱和巷道上方載荷增加；其次，堅硬頂板由于強度高，彈性模量強等特點，是良好的彈性能量儲存體，為強地壓提供了能量儲備；再者，開采所面對的多是沉積巖層，堅硬頂板的整體性能好，剛度大，變形量小，能將高應(yīng)力遠距離傳遞到頂板下方的高承載區(qū)域，是高應(yīng)力傳播的良好通道和載體，為巷道臨近工作面的應(yīng)力擾動提供了條件。

在金屬礦山和煤礦井下，對于具有沖擊傾向性的煤巖，當(dāng)應(yīng)力集中到一定程度，達到臨界失穩(wěn)強度就會形成沖擊地壓。對與具有煤與瓦斯突出傾向性的煤層，當(dāng)?shù)貞?yīng)力達到突出臨界值時也會形成突出。目前，煤巷占煤礦巷道總長的80％以上，其中順槽巷道基本為全煤巷，煤巷在掘進和回采期間受煤與瓦斯突出影響嚴(yán)重。

強地壓和煤巖動力災(zāi)害是制約巷道圍巖控制的技術(shù)難題，但其核心共性問題是煤巖的力學(xué)特性和地應(yīng)力的狀態(tài)。大量研究表明，強地壓和煤巖動力災(zāi)害的發(fā)生與地應(yīng)力環(huán)境有著緊密的聯(lián)系，降低圍巖的應(yīng)力可有效減小圍巖變形和動力災(zāi)害發(fā)生的概率和劇烈程度，因此，為控制巷道圍巖，關(guān)鍵是控制巷道圍巖的應(yīng)力環(huán)境。對巷道圍巖壓裂可形成水壓裂縫，有效改變和降低圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，因此，對于深部礦井、有大變形和動力災(zāi)害的巷道，采用巷道圍巖壓裂的方法可有效控制強地壓。