[发明专利]一种弱化遗留煤柱潜在破坏面的煤柱破坏方法

说明书

本发明属于煤矿领域，具体涉及一种弱化遗留煤柱潜在破坏面的煤柱破坏方法，包括以下步骤：对上层遗留煤柱钻取岩芯，将岩芯加工成与遗留煤柱相同高径比的试件，进行单轴压缩试验，确认其破坏形式是否符合剪切破坏形式，若是，进入下一步；对试件进行变角剪切试验，测量其内摩擦角φ，并计算试件的破坏面与支承压力的夹角α；根据试件测量结果以及遗留煤柱和下煤层巷道参数，计算弱化钻孔的位置和长度；所述弱化钻孔的起点为下煤层巷道靠近煤柱一侧侧壁上，且所述弱化钻孔经过所述遗留煤柱的形心；根据计算结果，钻设弱化钻孔，使遗留煤柱在矿山压力作用下实现破坏。本发明可以降低煤柱破坏所需临界强度，降低了技术难度。

技术领域

本发明属于煤矿领域，具体涉及一种弱化遗留煤柱潜在破坏面的煤柱破坏方法，其通过对上部遗留煤柱进行潜在破坏面弱化，进行实现煤柱在支承压力作用下破坏。

背景技术

由于受到开采水平、设备条件和地质因素等因素的限制，在煤层开采过程中，留设了大量的各类煤柱，用来支撑顶板、保护上煤层巷道，确保安全生产。这些煤柱将永久留在地下，无法采出，造成了资源的大量浪费。更重要的是，煤柱的存在会导致应力集中，致使下煤层开采矿压显现异常，易发生压架、冒顶、冲击地压等事故。也会加大下煤层保护煤柱的留设尺寸，降低了回采率，进一步浪费资源。

现在资源日益枯竭，能源供应日趋紧张，煤炭作为优质的不可再生资源，尽可能的减少煤柱对开采的影响，提高回采率，降低事故发生率是急需解决的问题。针对这一问题，专家学者及工程技术人员做了大量卓有成效的工作，并取得了较好效果。例如，通过爆破手段、水力压裂、超临界CO₂预裂、低温液氮预裂等方法对上部煤柱进行破坏，起到降低煤柱应力集中的作用，实现下煤层开采事故降低和煤柱尺寸减小的目的。但是这些方法没有利用矿山压力的作用，更没有针对煤柱破坏形式、特点进行设计，所以导致实施效果不理想。具体表现在：

(1)成本高。现有方法没有充分利用顶底板对煤柱的作用力，仅通过增加炸药、压裂液、低温液氮的用量实现煤柱的整体破碎，导致煤柱破坏所需材料用量过大，增加成本。

(2)技术难度大。没有根据煤柱的破坏形式和破坏特点进行处理。现有技术手段是通过外力破坏煤柱整体性，所以需要较大外力才能破坏煤柱，增加了技术难度。

(3)安全性低、效果差。现有技术没有考虑以上因素，导致爆破易采空区积气爆炸，存在较大安全隐患；而水力压裂过程中，压裂液体易通过煤柱裂隙流入采空区，破坏效果很差。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种通过弱化煤柱潜在破坏面的煤柱破坏方法，以减少下煤层开采事故率，提高资源回收率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种弱化遗留煤柱潜在破坏面的煤柱破坏方法，包括以下步骤：

S1、对上层遗留煤柱钻取岩芯，将岩芯加工成与遗留煤柱相同高径比的试件，进行单轴压缩试验，确认其破坏形式是否符合剪切破坏形式，若是，进入下一步；

S2、对试件进行变角剪切试验，测量其内摩擦角φ，并计算试件的破坏面与支承压力的夹角α；

S3、根据试件测量结果以及遗留煤柱和下煤层巷道参数，计算弱化钻孔的位置和长度；所述弱化钻孔的起点为下煤层巷道靠近煤柱一侧侧壁上，且所述弱化钻孔经过所述遗留煤柱的形心；

S4、根据计算结果，钻设所述弱化钻孔，使钻设弱化钻孔后的遗留煤柱在矿山压力作用下实现破坏。

所述步骤S2中，试件的破坏面与支承压力的夹角α的计算公式为：

α=(45°-0.5φ)。

所述步骤S3中，弱化钻孔的位置和长度的计算公式为：