[发明专利]一种卸压钻孔间排距的设计方法

摘要

本发明涉及一种卸压钻孔间排距的设计方法，该方法分为三个步骤：设计卸压钻孔间排距前首先需要评估卸压地点的应力环境，计算工作面(巷道)围岩支承压力峰值σ_p及其位置L_p；选取L_p处围岩作为分析对象，采用修正后的围岩弹塑性解析解计算钻孔塑性区半径r_p，以r_p作为评价钻孔单孔作用范围的指标，确定钻孔最大间排距为R≤2r_p；同时，采用弹塑性解析解计算钻孔切向应力σ_θ的演化曲线，取邻近钻孔切向应力曲线相交点的应力为σ_m，以试验地点原岩应力σ₀为评价指标，确定钻孔最小间排距R的条件为σ_m≥σ₀。该方法操作简单，实用性强，可有效提高卸压钻孔间排距设计的准确性，降低钻孔工程量，可应用于高应力巷道卸压、冲击地压防治与高瓦斯煤层增透等领域。

主权项

1.一种卸压钻孔间排距的设计方法，其特征在于，该方法分为三个步骤：a.评估卸压地点的应力环境，计算工作面或者巷道围岩支承压力峰值及峰值位置，其中，①工作面围岩支承压力峰值σ_p和峰值位置L_p的计算方法如下式所示：式中，m为工作面采高，m；A为侧压系数；为煤岩体内摩擦角，°；c为煤岩体内聚力，MPa；k为应力集中系数；γ为上覆岩层平均体积力，MN/m³；h为工作面埋深，m；P_x为工作面煤帮支护阻力，MPa；其次，②巷道围岩支承压力峰值σ_p’和峰值位置L_p’的计算方法如下式所示：其中：式中：为煤岩体内摩擦角，°；c为煤岩体内聚力，MPa；r为巷道围岩任意点的半径，m；r_p为塑性区半径，m；p为原岩应力，MPa；α为煤岩体塑性扩容系数；K为煤岩体峰后应变软化曲线斜率；r₀为巷道半径，m；为煤岩体残余内摩擦角，°；c^*为煤岩体残余内聚力，MPa；P₀为巷道支护反力，MPa；G为岩体剪切弹性模量，GPa；b.选取L_p处的围岩作为分析对象，采用围岩弹塑性解析解计算塑性区半径r_p时，采用塑性区半径r_p的表达式计算，计算时钻孔围岩应力边界取值为工作面或者巷道围岩支承压力峰值，将计算得出的塑性区半径r_p作为评价钻孔单孔作用范围的指标，由此确定卸压钻孔的最大间排距R的条件为R≤2r_p，此时邻近卸压钻孔切向应力分布曲线将以单峰形式存在；c.采用围岩弹塑性解析解计算钻孔切向应力σ_θ的演化曲线时，采用巷道围岩支承压力峰值σ_p’的表达式计算巷道围岩切向应力，以巷道围岩任意点的半径r为自变量，绘制卸压钻孔切向应力σ_θ的演化曲线；同时，在钻孔间排距R≤2r_p条件的限制下，邻近钻孔切向应力分布曲线以单峰形式存在，且随着钻孔间排距的进一步减小，邻近钻孔切向应力曲线相交点的应力σ_m将逐渐减小，此时，以试验地点原岩应力p为评价指标，确定钻孔最小间排距的条件为σ_m≥p。