煤巷底板防冲钻孔释能解危原理及参数优化

作     者：陈涛 CHEN Tao

作者机构：国家开发银行河南省分行河南郑州450002 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2023年第51卷第5期

页      面：21-31页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0837[工学-安全科学与工程] 

主　　题：冲击地压 底板钻孔 释能解危 煤巷底板 参数优化 

摘      要：我国西北的华亭与彬长等矿区受水平构造应力影响严重,底板冲击地压显现剧烈。卸压钻孔是我国应用最为广泛的冲击地压防治解危措施,其具有解危效果良好、方便安全等特点,科学合理地制定卸压钻孔参数可有效提高防冲效率,但目前针对底板卸压钻孔的研究还相对匮乏。为此,基于底板破坏的力学模型,研究了底板钻孔的释能解危原理,建立FLAC^(3D)数值模型研究了不同钻孔参数的合理取值范围,并进行现场工业性应用论证。研究结果表明:①卸压钻孔可为底板弹性能缓慢释放提供自由空间,组成的“梯形结构使煤层底板集中水平应力向深部岩层转移,破坏底板的蓄能条件,有效释放底板中的弹性能。②底板中的水平应力降低程度与钻孔倾角近似呈正相关,实施底板卸压钻孔倾角控制在60°~75°,可以取得较好的底板卸压解危效果;钻孔间距的合理取值范围在1~3 m,对整个底板的冲击地压防控可以起到理想效果;随着钻孔直径的增大,底板中心区域的应力降低程度随之增大,现场实施钻孔直径应在140~200 mm;理想钻孔排距布置应为1.4~1.8 m,并非越小越优。③研究成果应用于彬长矿区某矿,并对煤层底板防冲效能进行验证,其有效控制了底鼓程度和冲击危险强度,验证了底板解危防冲措施的有效性和钻孔参数的合理性。