预掘回撤通道的应力处理方法与流程

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1.本技术涉及矿山巷道工程稳定控制领域，具体而言，涉及一种预掘回撤通道的应力处理方法。

背景技术：

2.煤矿综采工作面回采完毕后，需要掘进专用的回撤巷道将综采设备的搬运转移以便投入到下一个工作面的回采工作之中。预掘回撤通道因其在工作面末采期之前掘进，掘进时间充裕且施工环境良好，因此预掘回撤通道被广泛应用于综采工作面的设备转移。
3.随着综采工作面的推进，待采煤体宽度越来越小，如图1所示，综采工作面前方集聚的高支承压力k1γh与k2γh不可避免的影响预掘回撤通道的稳定，大量的现场实测表明当综采工作面距离预掘回撤通道小于一定距离时，预掘回撤通道往往出现顶板严重下沉、底板强力鼓起、片帮与支护结构变形破坏的情形。预掘回撤通道的大变形不仅需要投入大量的人力、物力与财力进行维护，更为严重的是迟滞了综采工作面转移搬运的时间，进而制约煤矿的安全高效开采。
4.煤矿巷道常将锚杆与锚索配合使用支护巷道围岩，不仅可以加固围岩提高其稳定性，而且又可以防止顶板的下沉与冒落，这种方法在巷道围岩控制中因效果显著而得到推广。然后，随着煤矿开采深度与开采强度的增加，在预掘回撤通道面临综采工作面末采期时，锚杆索应对其高应力时出诸多问题，尤其是预掘回撤通道的轴向与综采工作面推进方向垂直，这种情形更为不利。第一个问题是综采工作面在末采期形成的超高支承压力，超过了目前绝大部分支护手段的有效控制范围，预掘回撤通道出现变形破坏是必然现象。第二个问题是传统的锚杆索支护强度低、预紧力水平偏低且空间位置布置不合理，在支护控制围岩稳定时往往出现围岩变形破坏的恶劣情形。
5.预掘回撤通道稳定性之所以得不到控制的重要原因是综采工作面末采期超高支承压力无法降低与支护缺陷严重，因此预掘回撤通道面对工作面末采期超高支承压力时出现的大变形破坏问题依旧严峻，迫切需要得到有效解决。
6.在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

技术实现要素：

7.本技术的主要目的在于提供一种预掘回撤通道的应力处理方法，以解决现有技术中无法避免预掘回撤通道在综采工作面末采期顶板严重下沉的大变形情形的问题。
8.根据本发明实施例的一个方面，提供了一种预掘回撤通道的应力处理方法，包括：根据采煤参数确定水力切缝钻孔长度和水力切缝钻孔倾角，所述采煤参数包括累计采厚、煤层开采层数和应力影响范围，所述累计采厚为煤层开采的所有煤层的厚度之和，所述应力影响范围为顶板支承压力大于预定值的预掘回撤通道的巷段长度；根据所述水力切缝钻
孔长度和所述水力切缝钻孔倾角，沿所述预掘回撤通道间隔预定距离在所述顶板上钻孔形成水力切缝钻孔；对所述水力切缝钻孔进行水力压裂，形成顶板卸压切缝。
9.可选地，根据采煤参数确定水力切缝钻孔长度和水力切缝钻孔倾角，包括：根据所述累计采厚和所述煤层开采层数确定工作面裂缝带高度，所述工作面裂缝带高度为综采工作面的顶板可形成裂缝带的最大高度；根据所述应力影响范围和所述工作面裂缝带高度计算得到所述水力切缝钻孔长度和所述水力切缝钻孔倾角。
10.可选地，所述预掘回撤通道的两侧分别为实体煤和待采煤体，所述方法还包括：在第一顶板和第二顶板中安装锚索，所述第一顶板为与所述实体煤的水平距离小于第一距离的所述顶板，所述第二顶板为与所述待采煤体的水平距离小于所述第一距离的所述顶板；在所述锚索之间安装锚杆；对所述锚索施加预定张拉力；在所述第一顶板下方架设支架。
11.可选地，所述锚索包括第一锚索和第二锚索，所述第二锚索的直径大于所述第一锚索，在第一顶板和第二顶板中安装锚索，包括：在所述第一顶板中安装所述第一锚索；在所述第二顶板中安装所述第二锚索。
12.可选地，所述第一锚索的间距和排距相等，所述第二锚索的间距和排距相等。
13.可选地，所述第一锚索的间距和排距均小于或者等于第二距离，所述第二锚索的间距和排距均小于或者等于所述第二距离。
14.可选地，所述支架之间的间距大于或者等于第三距离。
15.可选地，所述支架为木垛支架，所述木垛支架的规格为1m*1m。
16.可选地，所述预定张拉力大于或者等于220kn。
17.可选地，所述预定距离的取值范围为8m～12m。
18.在本发明实施例中，上述预掘回撤通道的应力处理方法中，首先，根据采煤参数确定水力切缝钻孔长度和水力切缝钻孔倾角，上述采煤参数包括累计采厚、煤层开采层数和应力影响范围，上述累计采厚为煤层开采的所有煤层的厚度之和，上述应力影响范围为顶板支承压力大于预定值的预掘回撤通道的巷段长度；然后，根据上述水力切缝钻孔长度和上述水力切缝钻孔倾角，沿上述预掘回撤通道间隔预定距离在上述顶板上钻孔形成水力切缝钻孔；最后，对上述水力切缝钻孔进行水力压裂，形成顶板卸压切缝。该应力处理方法通过预掘回撤通道的顶板形成顶板卸压切缝，使得预掘回撤通道靠近待采煤体侧顶板提前释放综采工作面超前支承压力，强有力的保护了预掘回撤通道围岩使用期的稳定，解决了现有技术中无法避免预掘回撤通道在综采工作面末采期顶板严重下沉的大变形情形的问题。
附图说明
19.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
20.图1示出了现有技术中采煤作业位面应力分布图；
21.图2示出了根据本技术一种实施例的预掘回撤通道的应力处理方法的流程图；
22.图3示出了根据本技术一种实施例的采煤作业位面中的截面图；
23.图4示出了根据本技术一种实施例的采煤作业位面应力分布图。
24.其中，上述附图包括以下附图标记：
25.1、实体煤；2、支架；3、待采煤体；4、综采工作面；5、预掘回撤通道；6、第一锚索；7、
第二锚索；8、锚杆；9、顶板。
具体实施方式
26.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
29.正如背景技术中所说的，现有技术中无法避免预掘回撤通道在综采工作面末采期顶板严重下沉的大变形情形，为了解决上述问题，本技术的一种典型的实施方式中，提供了一种预掘回撤通道的应力处理方法。
30.根据本技术的实施例，提供了一种预掘回撤通道的应力处理方法。
31.图2是根据本技术实施例的预掘回撤通道的应力处理方法的流程图。如图2所示，该方法包括以下步骤：
32.步骤s101，根据采煤参数确定水力切缝钻孔长度和水力切缝钻孔倾角，上述采煤参数包括累计采厚、煤层开采层数和应力影响范围，上述累计采厚为煤层开采的所有煤层的厚度之和，上述应力影响范围为顶板支承压力大于预定值的预掘回撤通道的巷段长度；
33.为了防止钻孔后顶板崩落，一种可选的实施方式中，上述步骤s101包括：
34.步骤s1011，根据上述累计采厚和上述煤层开采层数确定工作面裂缝带高度，上述工作面裂缝带高度为综采工作面的顶板可形成裂缝带的最大高度；
35.步骤s1012，根据上述应力影响范围和上述工作面裂缝带高度计算得到上述水力切缝钻孔长度和上述水力切缝钻孔倾角。
36.上述实施方式中，当岩石抗压强度为40～60mpa时，hf＝100m/(2.4n+2.1)+11.2，当岩石抗压强度为20～40mpa时，hf＝100m/(3.3n+3.8)+5.1，当岩石抗压强度为0～20mpa时，hf＝100m/(5.1n+5.2)+5.1，例如，砂岩抗压强度平均为24.39mpa，泥岩、粉砂岩抗压强度平均为20mpa，hf＝100m/(3.3n+3.8)+5.1，式中，hf为裂缝带最大高度(m)，m为累计采厚(m)，n为煤层开采层数，将裂缝带最大高度确定hf为工作面裂缝带高度h，如图3所示，并将应力影响范围b和工作面裂缝带高度h作为两直角边计算出上述水力切缝钻孔长度l和上述水力切缝钻孔倾角a，其中，如图4所示，上述应力影响范围b为待采煤层顶板受综采工作面的应力的应力曲线上顶板支承压力大于预定值的部分的长度。
37.步骤s102，根据上述水力切缝钻孔长度和上述水力切缝钻孔倾角，沿上述预掘回撤通道间隔预定距离在上述顶板上钻孔形成水力切缝钻孔；
38.需要说明的是，水力切缝钻孔为在预掘回撤通道内靠近待采煤体侧顶板打设形成
的，以用于切断综采工作面的应力。
39.优选地，上述预定距离的取值范围为8m～12m，上述钻孔的间距在8m～12m之间，可以避免水力切缝过于密集导致顶板不稳定，且可以有效切断综采工作面的应力，避免顶板变形。进一步优选地，上述预定距离为10m，当然，上述预定距离也不限于此，也可以根据实际情况进行调整。
40.步骤s103，对上述水力切缝钻孔进行水力压裂，形成顶板卸压切缝。
41.需要说明是，打设完毕后在钻孔内进行逐段压裂，压裂完毕所有水力压裂钻孔，形成顶板卸压切缝。
42.如图3和图4所示，为了进一步避免综采工作面4应力造成顶板9下沉，一种可选的实施方式中，上述预掘回撤通道5的两侧分别为实体煤和待采煤体，上述方法还包括：
43.步骤s201，在第一顶板和第二顶板中安装锚索，上述第一顶板为与上述实体煤1的水平距离小于第一距离的上述顶板9，上述第二顶板为与上述待采煤体3的水平距离小于上述第一距离的上述顶板9；
44.步骤s202，在上述锚索之间安装锚杆8；
45.步骤s203，对上述锚索施加预定张拉力；
46.步骤s204，在上述第一顶板下方架设支架2。
47.上述实施方式中，预掘回撤通道中，靠近实体煤和靠近待采煤体的顶板均易受到应力的影响出现形变，因此在这些顶板安装锚索和锚杆进行加固，在掘进好的预掘回撤通道内架设支架，支架靠近实体煤侧，位于第一顶板下方，将支架铺设整条预掘回撤通道，实现对顶板强力支护。
48.为了进一步保证预掘回撤通道的支护强度，一种可选的实施方式中，如图3和图4所示，上述锚索包括第一锚索6和第二锚索7，上述第二锚索的直径大于上述第一锚索，上述步骤s201包括：
49.步骤s2011，在上述第一顶板中安装上述第一锚索6；
50.步骤s2012，在上述第二顶板中安装上述第二锚索7。
51.上述实施方式中，上述第一顶板下方有支架进行支护，选用直径小的普通锚索进行加固即可，上述第二顶板下方没有支架进行支护，选用直径大的高强度锚索进行加固，以保证支护强度，例如，高强度锚索为直径26.8mm，普通锚索的直径为21.8mm。
52.优选地，上述第一锚索的间距和排距相等，上述第二锚索的间距和排距相等，锚索之间的间距相同，分布均匀，提供的张拉力分布运用，可以避免内部应力的影响，进一步提高顶板的稳定性。
53.进一步优选地，上述第一锚索的间距和排距均小于或者等于第二距离，上述第二锚索的间距和排距均小于或者等于上述第二距离，以通过锚索的高密度分布，提高支护强度。并且，上述预定张拉力大于或者等于220kn，以进一步保证支护强度。
54.另外，上述支架之间的间距大于或者等于第三距离，以减小支架的数量，降低成本，例如，支架之间的间隔不小于1.5m，支架的间距小于1.5m对于支护强度提升不明显。
55.可选地，上述支架为木垛支架，上述木垛支架的规格为1m*1m，即木垛支架包括水平装订的柱子和竖直装订的柱子，两种柱子均为1m长，有利于支架的稳固。
56.上述预掘回撤通道的应力处理方法中，首先，根据采煤参数确定水力切缝钻孔长
度和水力切缝钻孔倾角，上述采煤参数包括累计采厚、煤层开采层数和应力影响范围，上述累计采厚为煤层开采的所有煤层的厚度之和，上述应力影响范围为顶板支承压力大于预定值的预掘回撤通道的巷段长度；然后，根据上述水力切缝钻孔长度和上述水力切缝钻孔倾角，沿上述预掘回撤通道间隔预定距离在上述顶板上钻孔形成水力切缝钻孔；最后，对上述水力切缝钻孔进行水力压裂，形成顶板卸压切缝。该应力处理方法通过预掘回撤通道的顶板形成顶板卸压切缝，使得预掘回撤通道靠近待采煤体侧顶板提前释放综采工作面超前支承压力，强有力的保护了预掘回撤通道围岩使用期的稳定，解决了现有技术中无法避免预掘回撤通道在综采工作面末采期顶板严重下沉的大变形情形的问题。
57.在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
58.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的从以上的描述中，可以看出，本技术上述的实施例实现了如下技术效果：
59.本技术的预掘回撤通道的应力处理方法中，首先，根据采煤参数确定水力切缝钻孔长度和水力切缝钻孔倾角，上述采煤参数包括累计采厚、煤层开采层数和应力影响范围，上述累计采厚为煤层开采的所有煤层的厚度之和，上述应力影响范围为顶板支承压力大于预定值的预掘回撤通道的巷段长度；然后，根据上述水力切缝钻孔长度和上述水力切缝钻孔倾角，沿上述预掘回撤通道间隔预定距离在上述顶板上钻孔形成水力切缝钻孔；最后，对上述水力切缝钻孔进行水力压裂，形成顶板卸压切缝。该应力处理方法通过预掘回撤通道的顶板形成顶板卸压切缝，使得预掘回撤通道靠近待采煤体侧顶板提前释放综采工作面超前支承压力，强有力的保护了预掘回撤通道围岩使用期的稳定，解决了现有技术中无法避免预掘回撤通道在综采工作面末采期顶板严重下沉的大变形情形的问题。
60.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种预掘回撤通道的应力处理方法，其特征在于，包括：根据采煤参数确定水力切缝钻孔长度和水力切缝钻孔倾角，所述采煤参数包括累计采厚、煤层开采层数和应力影响范围，所述累计采厚为煤层开采的所有煤层的厚度之和，所述应力影响范围为顶板支承压力大于预定值的预掘回撤通道的巷段长度；根据所述水力切缝钻孔长度和所述水力切缝钻孔倾角，沿所述预掘回撤通道间隔预定距离在所述顶板上钻孔形成水力切缝钻孔；对所述水力切缝钻孔进行水力压裂，形成顶板卸压切缝。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据采煤参数确定水力切缝钻孔长度和水力切缝钻孔倾角，包括：根据所述累计采厚和所述煤层开采层数确定工作面裂缝带高度，所述工作面裂缝带高度为综采工作面的顶板可形成裂缝带的最大高度；根据所述应力影响范围和所述工作面裂缝带高度计算得到所述水力切缝钻孔长度和所述水力切缝钻孔倾角。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预掘回撤通道的两侧分别为实体煤和待采煤体，所述方法还包括：在第一顶板和第二顶板中安装锚索，所述第一顶板为与所述实体煤的水平距离小于第一距离的所述顶板，所述第二顶板为与所述待采煤体的水平距离小于所述第一距离的所述顶板；在所述锚索之间安装锚杆；对所述锚索施加预定张拉力；在所述第一顶板下方架设支架。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述锚索包括第一锚索和第二锚索，所述第二锚索的直径大于所述第一锚索，在第一顶板和第二顶板中安装锚索，包括：在所述第一顶板中安装所述第一锚索；在所述第二顶板中安装所述第二锚索。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一锚索的间距和排距相等，所述第二锚索的间距和排距相等。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一锚索的间距和排距均小于或者等于第二距离，所述第二锚索的间距和排距均小于或者等于所述第二距离。7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述支架之间的间距大于或者等于第三距离。8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述支架为木垛支架，所述木垛支架的规格为1m*1m。9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预定张拉力大于或者等于220kn。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定距离的取值范围为8m～12m。

技术总结

本申请提供了一种预掘回撤通道的应力处理方法，该方法包括：根据采煤参数确定水力切缝钻孔长度和水力切缝钻孔倾角，采煤参数包括累计采厚、煤层开采层数和应力影响范围，累计采厚为煤层开采的所有煤层的厚度之和，应力影响范围为顶板支承压力大于预定值的预掘回撤通道的巷段长度；根据水力切缝钻孔长度和水力切缝钻孔倾角，沿预掘回撤通道间隔预定距离在顶板上钻孔形成水力切缝钻孔；对水力切缝钻孔进行水力压裂，形成顶板卸压切缝，解决了现有技术中无法避免预掘回撤通道在综采工作面末采期顶板严重下沉的大变形情形的问题。采期顶板严重下沉的大变形情形的问题。采期顶板严重下沉的大变形情形的问题。