[发明专利]利用条带充填墙体主动控制煤矿关键层运动的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿冲击地压预控方法，尤其涉及一种利用条带充填墙体主动控制煤矿关键层运动的方法。

背景技术

煤矿冲击地压是掘进和开采过程中出现的煤体或岩体瞬间突出，造成人员伤亡和巷道、设备损坏、甚至地面产生震动的灾害性动力现象。

煤矿冲击地压的控制仍属于国际性难题，每年因冲击地压损坏巷道数千米，造成了很多人员伤亡事故，带来的直接经济损失数十亿元，影响了近百亿吨深部煤炭资源的安全开采。因此，冲击地压预控技术，对攻克冲击地压防治的国际性难题，具有重要的科学价值。

回采冲击地压是指由于回采工作面的推进诱发的冲击地压。其中，坚硬顶板弯曲弹性能释放是回采工作面冲击地压的重要致因之一。回采工作面推进过程中，大面积坚硬顶板弯曲弹性能释放产生的冲击地压，发生在厚层坚硬顶板裂断的时刻，强烈的冲击破坏包括以下两个部分：

1、通过诱发支承压力高峰部位煤层压缩弹性能的同时释放导致工作面及超前巷道围岩的破坏；

2、顶板裂断的瞬间高速沉降，冲击挤压煤壁造成的破坏。

一般情况下，称这种厚度大、强度高的坚硬岩层为关键层；称这种冲击地压为“顶板断裂型”。

关键层发生断裂的条件是：煤体的采出及下位岩层的冒落，改变了关键层的原始力学平衡条件并为关键层的断裂提供了自由空间。

目前冲击地压的解危措施主要有：煤体松动卸压、注水软化；大变形吸能支架等。前者原理是在采动空间周围形成塑性卸压区（缓冲区），可以吸收深部煤体在关键层压缩作用下逐渐积聚后突然释放的弹性能，保护巷道围岩不被破坏；后者的原理是利用支架的快速变形能力在深部煤体弹性能瞬间释放或关键层突然断裂时以一定的支护强度迅速适应围岩的快速移动并保持围岩的稳定状态。

这两种方法都是被动地适应深部煤体弹性能的瞬间释放或关键层突然断裂。

发明内容

本发明的目的是提出一种利用条带充填墙体主动控制关键层运动，进而预防煤矿出现关键层断裂引发的冲击地压的技术方案。

本发明要解决的技术问题是：

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用条带充填墙体主动控制关键层运动的方法，包括以下步骤：

1、在关键层中打钻取岩芯，测试其单向抗拉强度σ_t；

2、按照矿山压力理论模型，计算关键层的初次裂段步距C₀；

3、确定条带充填墙的间距L；

4、根据煤层埋藏深度H、岩层容重γ、充填材料单向抗压强度σ_c；计算充填墙的宽度W；

5、在煤矿开采施工工作面推进过程中，每推进L构筑一个充填墙，直到工作面回采结束。

本发明的技术效果是，位于煤矿采空区内的充填墙对其上覆关键层起到了支撑作用，使该上覆关键层处于力学平衡状态，不具备发生裂断的力学边界条件，因而不会发生裂断，避免了由于关键层的突然裂断而导致的冲击地压灾害的发生。同时，由于充填墙承担了上覆岩层的重量，不会在周围煤体上形成高应力集中区，避免了煤体中弹性能的积聚，防止了由煤体中积聚的弹性能的释放而造成的冲击地压的发生。

本发明的条带充填墙体根据关键层的裂断步距采用周期性条带充填，与现有冲击地压解危措施相比，将现有技术的被动适应关键层的突然断裂的解危措施转变为将煤矿关键层断裂的前提条件预先消除，从根本上消除了由于坚硬顶板突然断裂诱发冲击地压的基础条件，必然可以提高工作面的安全水平，从而提高煤矿开采生产效率；

为更好地理解本发明，现进一步将本发明的条带充填墙体与现有技术的普通充填工作面进行比较分析如下：

现有技术的普通充填工作面包括沿空留巷和采空区充填两种情况。

沿空留巷充填工作面，需要在采空区边缘砌筑一道混凝土充填墙，宽度一般为1.5-2.0m，高度与巷道高度一致，混凝土强度等级一般为C20-C30，其混凝土墙的长度与工作面推进长度一致，一般为几百米或1-2千米甚至更长的距离。沿空留巷的目的是利用充填墙与巷道顶板、底板及另外一侧的煤体共同构成一条完整的巷道，作为下一个工作面的顺槽巷道。

采空区充填工作面则是利用充填材料将整个采空区充填起来，控制上覆岩层的下沉，对地表建筑物起到保护作用。采空区充填所用充填材料一般为C10以下的混凝土、高水材料或不掺入胶凝材料的原生态矸石等。