[发明专利]一种用于沿空掘巷窄煤柱采空侧静态胀裂切顶卸压法

摘要

一种用于沿空掘巷窄煤柱采空侧静态胀裂切顶卸压方法，所述方法首先是确定钻孔位置及钻孔相关参数间距、直径、角度及深度；其次是钻孔施工，并进行封孔作业；再次进行静态胀裂剂浆液注浆，静态胀裂切顶卸压，最后是沿空巷道掘进。本发明实现了上区段工作面回采与下区段工作面顺槽掘进同时进行，有效地缓解了矿井采掘衔接紧张问题，巷旁切顶卸压后，沿空掘巷围岩应力环境得到极大的改善，掘巷过程中及巷道形成后围岩变形大大减小，巷道支护工程量小、返修率低。

主权项

1.一种用于沿空掘巷窄煤柱采空侧静态胀裂切顶卸压方法，其特征在于：所述方法是按下列步骤进行的：（1）钻孔位置及钻孔相关参数间距、直径、角度及深度的确定钻孔位置：超前上区段工作面20~30m处，在上区段工作面顺槽内靠近窄煤柱帮沿顶板轴向布置若干组钻孔；钻孔间距：静态胀裂剂在钻孔围岩内产生的裂隙区半径按下式计算：式中：—岩石单轴抗压强度，MPa；—胀裂剂随时间变化产生的膨胀压力，由此来确定用静态胀裂剂对窄煤柱采空侧顶板进行侧向切顶时钻孔的合理间距为2a；钻孔直径：按70~90mm选取；钻孔角度：与巷道顶板水平方向夹角按70°~90°选取；钻孔深度：按公式L=KH/sinθ计算，式中：H为钻孔垂深，θ为钻孔角度，K为富裕系数，取1.1~1.3；钻孔垂深按H=h1+h2确定，h1为直接顶厚度，h2基本顶厚度；（2）钻孔施工在上区段工作面顺槽超前支护段外，接近窄煤柱帮，按步骤（1）所确定的钻孔参数朝上区段工作面方向，斜向钻装药钻孔和导向钻孔，以若干钻孔为一组，装药钻孔进行装药，导向钻孔改变装药钻孔边缘的应力分布，使裂缝在装药钻孔连线方向得以扩展贯通；（3）封孔及装药钻孔施工后，进行装药钻孔封孔及装药，采用注浆方法将静态胀裂剂注入煤岩体内；首先进行下管和初次封孔，将注浆管、水泥浆回浆管、静态胀裂剂回浆管送入钻孔中，并将各管口固定在钻孔孔口处，通过水玻璃‑水泥混合物将三根管与钻孔孔口密封，10min~20min后生成硅酸钙，实现初次封孔作业；其次进行水泥浆液二次封孔，在注浆管管口加装一单向阀，将气动式双液注浆泵与单向阀连通后进行水泥浆液注浆，直至水泥浆回管管口回浆时停止注入，水泥浆液在1~3h初凝，在4~6h终凝；最后隔天进行静态胀裂剂浆液注浆，静态胀裂剂由CaO、MgO、SiO2、Al2O3和Fe2O3组成，其中90%以上是CaO，将静态胀裂剂与水采用7∶3比例在注浆泵搅拌桶内混合后，将气动式双液注浆泵与单向阀连通后进行静态胀裂剂浆液注浆，直至静态胀裂剂回浆管管口回浆时停止注入静态胀裂剂浆液，以此类推，将前24小时封孔后的钻孔注入静态胀裂剂浆液；（4）静态胀裂切顶卸压静态胀裂剂浆液注入装药钻孔后，随着时间的延长，逐渐发生反应并膨胀变形，在导向钻孔的作用下，相邻两钻孔间出现贯穿裂隙，在上区段工作面采空侧与区段窄煤柱上覆基本顶岩层间形成结构弱面，上区段工作面回采过后，采空侧基本顶悬臂结构在矿山压力的作用下垮落下来；（5）沿空巷道掘进若上区段工作面已回采完毕，切顶工作已经完成，则可立即进行下区段工作面顺槽的掘进工作，由于采空侧基本顶悬臂结构已被破坏，下区段工作面顺槽沿空掘巷过程中，所受上区段工作面基本顶悬臂结构影响比较小，巷道围岩控制难度减小，支护相对容易；若采掘衔接工作相对紧张，则在上区段工作面窄煤柱采空侧切顶卸压的同时，进行下区段工作面顺槽的掘进工作，对于迎回采面沿空掘进时期，受到上区段工作面回采后采动空间上覆岩层影响，在工作面前方及后方一定距离产生不稳定的支承压力应力增高区域，为减小巷道维护的难度，需在上区段工作面采动影响区域停止沿空巷道的掘进，只进行上区段工作面回采及切顶卸压工作，待上区段工作面回采超过该段区域后再进行沿空巷道的复掘工作，由于避开了上区段工作面采动影响区域，而下区段工作面顺槽沿空掘巷过程中，采空侧基本顶悬臂结构已被破坏，所受上区段工作面回采动压影响比较小，巷道围岩控制难度减小，支护相对容易。