[发明专利]一种等效钻孔面积下小直径钻孔联合卸压布置方法

摘要

本发明公开了一种等效钻孔面积下小直径钻孔联合卸压布置方法，涉及矿山及隧道开挖过程中围岩控制领域。其通过将单一大直径钻孔转换成三个小直径钻孔，各小直径钻孔面积相同且面积之和与大直径钻孔面积值一致，且有效卸压范围得到显著提高。通过分析钻孔不同排列方式下试样的强度与应变能转化规律，对比分析小直径钻孔不同组合方式与单一大直径钻孔的卸压区的范围及卸压效果，确定等效钻孔面积下小直径钻孔最优组合方式；采用数值模拟方法研究钻孔三角布置方式下其钻孔直径与钻孔间距的比例对卸压效果影响程度，获得钻孔三角布置方式下钻孔直径与钻孔间距的最佳比例。本发明能够明显改善卸压效果，显著降低塌孔、卡孔危险性。

主权项

1.一种等效钻孔面积下小直径钻孔联合卸压布置方法，其特征在于，依次包括以下步骤：a.选择某一冲击地压矿井进行取样，将取回的煤块加工成标准的圆柱形煤样，采用刚性力学试验机对煤样进行单轴、三轴、拉伸和剪切力学试验，获得煤样的基本力学参数；b.配比获得与原煤样力学性能相近的类煤岩材料，并将其制成长方形的试件，待试件烘干后进行力学试验；c.制作单一大直径钻孔和等效钻孔面积下小直径组合钻孔试件，小直径组合钻孔的组合方式为横向排列、竖向排列、三角排列，对钻孔试件进行单轴加载试验，获得其应力‑应变曲线，计算不同钻孔试件的强度折减指数和能量耗散指数，研究不同钻孔试件的强度及能量演化规律，对比分析单一大直径钻孔和小直径组合钻孔试件的破坏形式和卸压效果，从而确定小直径钻孔最优组合方式；所述的强度折减指数为完整试样峰值强度与钻孔试样峰值强度的比值，其计算公式如式(1)：K_σ＝(σ₁‑σ₂)/σ₁                       (1)式(1)中：σ₁为完整试样峰值强度；σ₂为钻孔试样峰值强度；所述的能量耗散指数为完整试样峰前应变能与钻孔试样峰前应变能的差值跟完整试样峰前应变能的比值，其计算公式如式(2)：K_E＝(U₁‑U₂)/U₁                      (2)式中：U₁为完整试样峰前应变能；U₂为钻孔试样峰前应变能；d.针对力学试验获得的小直径组合钻孔试件的三角排列的最优方式组合，基于数值模拟软件，分析确定最佳等效钻孔面积及该面积下小直径钻孔三角排列时巷道施工时合理间排距，在钻孔直径D和钻孔间距B满足D/B＝2.0时，钻孔应力及影响分布范围达到最大值，得到最佳卸压方案并应用于现场；e.选择合适位置布置测站进行现场实时监测，监测超前支承压力范围内顶底板离层、围压移近量、应力监测及钻孔变形监测以及煤体的宏观变形情况，根据现场监测数据及时反馈，根据数据分析结果，适时调整最佳等效钻孔面积、钻孔直径D、间距B及不同组合间距以达到最优的卸压效果。