[發明專利]一種用于沿空掘巷窄煤柱采空側靜態脹裂切頂卸壓法

有效

• 申請號: 201711005252.3
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107701188B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 郝兵元;張鵬鵬;黃小朋;任興云;李志宏
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18
• 代理公司: 太原倍智知識產權代理事務所(普通合伙) 14111
• 代理人: 戎文華

1.一種用于沿空掘巷窄煤柱采空側靜態脹裂切頂卸壓方法，其特征在于：所述方法是按下列步驟進行的：

（1）鉆孔位置及鉆孔相關參數間距、直徑、角度及深度的確定

鉆孔位置：超前上區段工作面20~30m處，在上區段工作面順槽內靠近窄煤柱幫沿頂板軸向布置若干組鉆孔；

鉆孔間距：靜態脹裂劑在鉆孔圍巖內產生的裂隙區半徑按下式計算：

式中：—巖石單軸抗壓強度，MPa；—脹裂劑隨時間變化產生的膨脹壓力，由此來確定用靜態脹裂劑對窄煤柱采空側頂板進行側向切頂時鉆孔的合理間距為2a；

鉆孔直徑：按70~90mm選取；

鉆孔角度：與巷道頂板水平方向夾角按70°~90°選取；

鉆孔深度：按公式L=KH/sinθ計算，式中：H為鉆孔垂深，θ為鉆孔角度，K為富裕系數，取1.1~1.3；鉆孔垂深按H=h₁+h₂確定，h₁為直接頂厚度，h₂基本頂厚度；

（2）鉆孔施工

在上區段工作面順槽超前支護段外，接近窄煤柱幫，按步驟（1）所確定的鉆孔參數朝上區段工作面方向，斜向鉆裝藥鉆孔和導向鉆孔，以若干鉆孔為一組，裝藥鉆孔進行裝藥，導向鉆孔改變裝藥鉆孔邊緣的應力分布，使裂縫在裝藥鉆孔連線方向得以擴展貫通；

（3）封孔及裝藥

鉆孔施工后，進行裝藥鉆孔封孔及裝藥，采用注漿方法將靜態脹裂劑注入煤巖體內；

首先進行下管和初次封孔，將注漿管、水泥漿回漿管、靜態脹裂劑回漿管送入鉆孔中，并將各管口固定在鉆孔孔口處，通過水玻璃-水泥混合物將三根管與鉆孔孔口密封，10min~20min后生成硅酸鈣，實現初次封孔作業；

其次進行水泥漿液二次封孔，在注漿管管口加裝一單向閥，將氣動式雙液注漿泵與單向閥連通后進行水泥漿液注漿，直至水泥漿回管管口回漿時停止注入，水泥漿液在1~3h初凝，在4~6h終凝；

最后隔天進行靜態脹裂劑漿液注漿，靜態脹裂劑由CaO、MgO、SiO2、Al2O3和Fe2O3組成，其中90%以上是CaO，將靜態脹裂劑與水采用7∶3比例在注漿泵攪拌桶內混合后，將氣動式雙液注漿泵與單向閥連通后進行靜態脹裂劑漿液注漿，直至靜態脹裂劑回漿管管口回漿時停止注入靜態脹裂劑漿液，以此類推，將前24小時封孔后的鉆孔注入靜態脹裂劑漿液；

（4）靜態脹裂切頂卸壓

靜態脹裂劑漿液注入裝藥鉆孔后，隨著時間的延長，逐漸發生反應并膨脹變形，在導向鉆孔的作用下，相鄰兩鉆孔間出現貫穿裂隙，在上區段工作面采空側與區段窄煤柱上覆基本頂巖層間形成結構弱面，上區段工作面回采過后，采空側基本頂懸臂結構在礦山壓力的作用下垮落下來；

（5）沿空巷道掘進

若上區段工作面已回采完畢，切頂工作已經完成，則可立即進行下區段工作面順槽的掘進工作，由于采空側基本頂懸臂結構已被破壞，下區段工作面順槽沿空掘巷過程中，所受上區段工作面基本頂懸臂結構影響比較小，巷道圍巖控制難度減小，支護相對容易；

若采掘銜接工作相對緊張，則在上區段工作面窄煤柱采空側切頂卸壓的同時，進行下區段工作面順槽的掘進工作，對于迎回采面沿空掘進時期，受到上區段工作面回采后采動空間上覆巖層影響，在工作面前方及后方一定距離產生不穩定的支承壓力應力增高區域，為減小巷道維護的難度，需在上區段工作面采動影響區域停止沿空巷道的掘進，只進行上區段工作面回采及切頂卸壓工作，待上區段工作面回采超過該段區域后再進行沿空巷道的復掘工作，由于避開了上區段工作面采動影響區域，而下區段工作面順槽沿空掘巷過程中，采空側基本頂懸臂結構已被破壞，所受上區段工作面回采動壓影響比較小，巷道圍巖控制難度減小，支護相對容易。