阅读说明：本技术 一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法及系统 (top plate deep surrounding rock pressure relief method and system based on carbon dioxide blasting ) 是由 高晓进 徐刚 张震 黄志增 李春睿 潘俊峰 李正杰 刘前进 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于二氧化碳爆破的顶板深部围岩卸压方法及系统,所述方法包括获取回采工作面参数；根据所述回采工作面参数,确定爆破钻孔的位置参数；所述爆破钻孔位置参数包括主体巷道侧的爆破钻孔位置参数以及停采线侧的爆破钻孔位置参数；根据所述爆破钻孔的位置参数确定爆破钻孔；所述爆破钻孔用于放置二氧化碳致裂器；在所述爆破钻孔处,利用所述二氧化碳致裂器发生爆破,确定顶板裂缝。本发明所提供的一种基于二氧化碳爆破的顶板深部围岩卸压方法及系统,解决现有技术中针对改善开采区域附近主体巷道应力环境的方法存在安全隐患的问题。(The invention discloses a top plate deep surrounding rock pressure relief method and system based on carbon dioxide blasting, wherein the method comprises the steps of obtaining mining face parameters; determining the position parameters of blasting drill holes according to the stope face parameters; the blasting drilling position parameters comprise blasting drilling position parameters on the main roadway side and blasting drilling position parameters on the stoping line side; determining the blasting drill hole according to the position parameter of the blasting drill hole; the blasting drill hole is used for placing a carbon dioxide fracturing device; and blasting by using the carbon dioxide fracturing device at the blasting drill hole to determine the top plate crack. The invention provides a top plate deep surrounding rock pressure relief method and system based on carbon dioxide blasting, and solves the problem of potential safety hazard in a method for improving the stress environment of a main roadway near a mining area in the prior art.)

一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法及系统

技术领域

本发明涉及矿山安全技术领域，特别是涉及一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法及系统。

背景技术

在工作面回采过程中，超前支承压力影响范围大且显现剧烈。如果开采区域附近主体巷道护巷煤柱留设尺寸较小，受回采动压影响，开采区域附近主体巷道往往变形较为严重，围岩整体移近量大，巷道翻修工程量增加，且维护成本提高。开采区域附近的主体巷道往往承担着全采区的运输、行人、通风等任务，一旦该巷道发生严重破坏，不但增加了采区顶板安全管理难度，而且严重制约矿井安全高效生产。

现有技术中，改善开采区域附近主体巷道应力环境的方法是在护巷煤柱顶板采用***深孔预裂***，人为制造顶板裂缝，阻挡超前支承压力向前传播。虽然该方法能够降低巷道围岩变形，但是对于高瓦斯矿井来说，采空区容易积聚大量瓦斯，采用******对矿井安全生产构成严重威胁。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法及系统，解决现有技术中针对改善开采区域附近主体巷道应力环境的方法存在安全隐患的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法，包括：

获取回采工作面参数；所述回采工作面参数包括基本顶坚硬层高度、巷道护巷煤柱宽度、极限平衡区宽度、回采工作面开采高度、采空区冒落岩体碎胀系数、煤层倾角和回采工作面倾向长度；

根据所述回采工作面参数，确定***钻孔的位置参数；所述***钻孔位置参数包括主体巷道侧的***钻孔位置参数以及停采线侧的***钻孔位置参数；所述位置参数包括切顶高度、钻孔长度以及钻孔倾角；

根据所述***钻孔的位置参数确定***钻孔；所述***钻孔用于放置二氧化碳致裂器；

在所述***钻孔处，利用所述二氧化碳致裂器发生***，确定顶板裂缝。

可选的，所述根据所述回采工作面参数，确定***钻孔位置参数，具体包括：

根据所述回采工作面参数，确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***钻孔位置参数；

根据所述回采工作面参数，确定所述回采工作面停采线侧的***钻孔位置参数。

可选的，所述根据所述回采工作面参数，确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***钻孔位置参数，具体包括：

利用公式确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***长钻孔长度；L₁为所述回采工作面内的主体巷道侧的***长钻孔长度，h₁为所述回采工作面内的主体巷道侧的***长钻孔的切顶高度，l为巷道护巷煤柱宽度与极限平衡区宽度之差；

利用公式确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***长钻孔倾角；α₁为所述回采工作面内的主体巷道侧的***长钻孔倾角；

利用公式h₂＝0.75h₁确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔的切顶高度；h₂为所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔的切顶高度；

利用公式确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔长度；L₂为所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔长度；

利用公式确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔倾角；α₂为所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔倾角。

可选的，所述根据所述回采工作面参数，确定所述回采工作面停采线侧的***钻孔位置参数，具体包括：

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***长钻孔的切顶高度；其中，h₃为所述回采工作面停采线侧的***长钻孔的切顶高度，M为回采工作面开采高度；k为采空区冒落岩体碎胀系数，θ为煤层倾角；

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***长钻孔长度；L₃为所述回采工作面停采线侧的***长钻孔长度，L为回采工作面倾向长度；

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***长钻孔倾角；α₃为所述回采工作面停采线侧的***长钻孔倾角；

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***短钻孔的切顶高度；h₄为所述回采工作面停采线侧的***短钻孔的切顶高度；

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***短钻孔长度；L₄为所述回采工作面停采线侧的***短钻孔长度；

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***短钻孔倾角；α₄为所述回采工作面停采线侧的***短钻孔倾角。

可选的，所述根据所述回采工作面参数，确定***钻孔位置参数之后，还包括：

根据所述***钻孔确定***段和未***段；所述未***段设置于所述***钻孔前段的围岩内；所述***段设于所述***钻孔后段的围岩内。

一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压系统，包括：

回采工作面参数获取模块，用于获取回采工作面参数；所述回采工作面参数包括基本顶坚硬层高度、巷道护巷煤柱宽度、极限平衡区宽度、回采工作面开采高度、采空区冒落岩体碎胀系数、煤层倾角和回采工作面倾向长度；

***钻孔的位置参数确定模块，用于根据所述回采工作面参数，确定***钻孔的位置参数；所述***钻孔位置参数包括主体巷道侧的***钻孔位置参数以及停采线侧的***钻孔位置参数；所述位置参数包括切顶高度、钻孔长度以及钻孔倾角；

***钻孔确定模块，用于根据所述***钻孔的位置参数确定***钻孔；所述***钻孔用于放置二氧化碳致裂器；

顶板裂缝确定模块，用于在所述***钻孔处，利用所述二氧化碳致裂器发生***，确定顶板裂缝。

可选的，所述***钻孔的位置参数确定模块，具体包括：

主体巷道侧的***钻孔位置参数确定单元，用于根据所述回采工作面参数，确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***钻孔位置参数；

停采线侧的***钻孔位置参数确定单元，用于根据所述回采工作面参数，确定所述回采工作面停采线侧的***钻孔位置参数。

可选的，还包括：

***段和未***段确定模块，用于根据所述***钻孔确定***段和未***段；所述未***段设置于所述***钻孔前段的围岩内；所述***段设于所述***钻孔后段的围岩内。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所提供了一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法及系统，其中所述方法通过根据回采工作面的参数确定***钻孔位置参数，应通过引爆***钻孔内的二氧化碳致裂器，确定顶板裂缝，阻挡超前支承压力向前传播，并且二氧化碳***属于物理致裂过程，可以分段定向致裂目标岩体，避免巷道浅部围岩产生离层变形，保证矿井巷道安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法流程示意图；

图2为本发明所提供的一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法钻孔平面图；

图3为本发明所提供的一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法工作面的A-A剖面图；

图4为本发明所提供的一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法工作面的B-B剖面图；

图5为本发明所提供的一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压系统结构示意图。

附图标记：1-回采工作面，2-工作面停采线，3-回采工作面内的主体巷道，4-工作面运输巷道，5-工作面轨道巷道，6-***长钻孔，7-工作面上覆岩层，8-煤层，9-***短钻孔，501-回采工作面参数获取模块，502-***钻孔的位置参数确定模块，503-***钻孔确定模块，504-顶板裂缝确定模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法及系统，解决现有技术中针对改善开采区域附近主体巷道应力环境的方法存在安全隐患的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法流程示意图，如图1所示，一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法，包括：

S101，获取回采工作面参数；所述回采工作面参数包括基本顶坚硬层高度、巷道护巷煤柱宽度、极限平衡区宽度、回采工作面开采高度、采空区冒落岩体碎胀系数、煤层倾角和回采工作面倾向长度。

S102，根据所述回采工作面参数，确定***钻孔的位置参数；所述***钻孔位置参数包括主体巷道侧的***钻孔位置参数以及停采线侧的***钻孔位置参数；所述位置参数包括切顶高度、钻孔长度以及钻孔倾角。

S103，根据所述***钻孔的位置参数确定***钻孔；所述***钻孔用于放置二氧化碳致裂器。

S104，在所述***钻孔处，利用所述二氧化碳致裂器发生***，确定顶板裂缝。

其中，所述根据所述回采工作面参数，确定***钻孔位置参数，具体包括：

根据所述回采工作面参数，确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***钻孔位置参数。

根据所述回采工作面参数，确定所述回采工作面停采线侧的***钻孔位置参数。

所述根据所述回采工作面参数，确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***钻孔位置参数，具体包括：

利用公式确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***长钻孔长度；L₁为所述回采工作面内的主体巷道侧的***长钻孔长度，h₁为所述回采工作面内的主体巷道侧的***长钻孔的切顶高度，l为巷道护巷煤柱宽度与极限平衡区宽度之差；

利用公式确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***长钻孔倾角；α₁为所述回采工作面内的主体巷道侧的***长钻孔倾角；

利用公式h₂＝0.75h₁确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔的切顶高度；h₂为所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔的切顶高度；

利用公式确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔长度；L₂为所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔长度；

利用公式确定所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔倾角；α₂为所述回采工作面内的主体巷道侧的***短钻孔倾角。

所述根据所述回采工作面参数，确定所述回采工作面停采线侧的***钻孔位置参数，具体包括：

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***长钻孔的切顶高度；其中，h₃为所述回采工作面停采线侧的***长钻孔的切顶高度，M为回采工作面开采高度；k为采空区冒落岩体碎胀系数，θ为煤层倾角；

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***长钻孔长度；L₃为所述回采工作面停采线侧的***长钻孔长度，L为回采工作面倾向长度；

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***长钻孔倾角；α₃为所述回采工作面停采线侧的***长钻孔倾角；

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***短钻孔的切顶高度；h₄为所述回采工作面停采线侧的***短钻孔的切顶高度；

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***短钻孔长度；L₄为所述回采工作面停采线侧的***短钻孔长度；

利用公式确定所述回采工作面停采线侧的***短钻孔倾角；α₄为所述回采工作面停采线侧的***短钻孔倾角。

其中，***长钻孔用来切断顶板高位超前支承压力的传播路径，***短钻孔用来切断顶板低位超前支承压力的传播路径，使得开采区域附近主体巷道免受回采动压显现的影响，改善巷道围岩应力环境，减弱巷道变形。

为避免深孔预裂***对巷道浅部围岩的破坏，根据所述***钻孔确定***段和未***段；所述未***段设置于所述***钻孔前段的围岩内；所述***段设于所述***钻孔后段的围岩内。

未***段所述***钻孔长度的三分之一。

在具体的实施例中，上下两个钻孔为一组，每组钻孔间距3～5m，使得顶板因***产生的次生裂隙相互贯通。

在一个实施例中，矿煤层采高4m，工作面长度210m，超前支承压力影响范围150m，护巷煤柱宽度100m，极限平衡区宽度22m，

具体技术方案如下：

图2为本发明所提供的一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法钻孔平面图，如图2所示，在回采工作面内的主体巷道3未受到回采动压影响之前，首先在巷道护巷煤柱应力峰值影响区，向回采工作面1走向内侧工作面上覆岩层7布置上下两排***长钻孔6和***短钻孔9。***长钻孔6用来切断顶板高位超前支承压力的传播路径，***短钻孔9用来切断顶板高位超前支承压力的传播路径，使得开采区域附近主体巷道免受回采动压显现的影响，改善巷道围岩应力环境，减弱巷道变形。

回采工作面内的主体巷道3侧的钻孔直径为65mm，回采工作面内的主体巷道3侧***长钻孔6与煤层8角度α₁为21°，回采工作面内的主体巷道3侧***长钻孔6的长度L₁为83m，切顶高度h₁为29m。回采工作面内的主体巷道3侧***短钻孔9与煤层8角度α₂为16°，回采工作面内的主体巷道3侧***短钻孔9的长度L₂为81m，切顶高度h₂为22m。

回采工作面停采线2侧的钻孔直径为65mm，向工作面倾向内侧顶板布置上下两排***长钻孔6和***短钻孔9，回采工作面停采线2侧长钻孔与煤层88角度α₃为18°，回采工作面停采线2侧长钻孔的长度L₃为88m，切顶高度h₃为27m；回采工作面停采线2侧短钻孔与煤层8角度α₄为14°，回采工作面停采线2侧短钻孔的长度L₄为86m，切顶高度h₄为20m。

为避免深孔预裂***对巷道浅部围岩的破坏，在钻孔浅部围岩中设置一定长度的未***段，未***段长度为***钻孔长度的1/3，回采工作面内的主体巷道3***长钻孔6的未***段长度为28m，***短钻孔9未***段长度27m；回采工作面停采线2侧的***长钻孔6的未***段长度为30m，***短钻孔9未***段长度29m。

图3为本发明所提供的一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法工作面的A-A剖面图，图4为本发明所提供的一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压方法工作面的B-B剖面图，如图3和图4所示，清楚得知***钻孔的安装位置。

将二氧化碳致裂器依次放置在***钻孔内，***段二氧化碳致裂器内部填装液态二氧化碳，未***段二氧化碳致裂器内部用绝缘导线连接，***段和未***段二氧化碳致裂器连接好，在孔口末端致裂器插上DC插头，插头导线甩至孔外，孔口用封孔器封口后，导线和发爆器连接好后，将上下两个长短钻孔同时进行起爆。回采工作面停采线2侧***钻孔将高位和低位岩石切断，充满采空区，有效降低护巷煤柱承受的载荷；回采工作面内的主体巷道3侧在顶板高位和低位形成贯穿的***裂缝带，阻止超前应力的传播，有效改善回采工作面内的主体巷道3围岩应力环境，控制巷道变形。

回采工作面内的主体巷道3***长钻孔6的参数：切顶高度h₁为煤层8上覆老顶层位高度29m；钻孔长度L₁为83m，其中护巷煤柱宽度与极限平衡区宽度之差l为78m；钻孔倾角α₁为21°。

回采工作面内的主体巷道3***短钻孔9的参数：切顶高度h₂为22m；钻孔长度L₂为81m；钻孔倾角α₂为16°。

回采工作面停采线2***长钻孔6的参数：切顶高度h₃为27m，其中回采工作面1高度M为4m；采空区冒落岩体碎胀系数k为1.15，煤层8倾角θ为8°。α₃为18°，其中工作面倾向长度L为210m，钻孔倾角α₃为18°。

回采工作面停采线2***短钻孔9的参数：切顶高度h₄为20m；钻孔长度86m；钻孔倾角α₄为14°。

本发明中所述的上下两个钻孔为一组，每组钻孔间距3m。

图5为本发明所提供的一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压系统结构示意图，如图5所示，本发明还提供一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压系统，所述系统包括：回采工作面参数获取模块501、***钻孔的位置参数确定模块502、***钻孔确定模块503和顶板裂缝确定模块504。

回采工作面参数获取模块501用于获取回采工作面1参数；所述回采工作面1参数包括基本顶坚硬层高度、巷道护巷煤柱宽度、极限平衡区宽度、回采工作面1开采高度、采空区冒落岩体碎胀系数、煤层8倾角和回采工作面1倾向长度。

***钻孔的位置参数确定模块502用于根据所述回采工作面1参数，确定***钻孔的位置参数；所述***钻孔位置参数包括主体巷道侧的***钻孔位置参数以及停采线侧的***钻孔位置参数；所述位置参数包括切顶高度、钻孔长度以及钻孔倾角。

***钻孔确定模块503用于根据所述***钻孔的位置参数确定***钻孔；所述***钻孔用于放置二氧化碳致裂器

顶板裂缝确定模块504用于在所述***钻孔处，利用所述二氧化碳致裂器发生***，确定顶板裂缝。

所述***钻孔的位置参数确定模块502，具体包括：主体巷道侧的***钻孔位置参数确定单元和停采线侧的***钻孔位置参数确定单元。

主体巷道侧的***钻孔位置参数确定单元用于根据所述回采工作面1参数，确定所述回采工作面内的主体巷道3侧的***钻孔位置参数。

停采线侧的***钻孔位置参数确定单元用于根据所述回采工作面1参数，确定所述回采工作面停采线2侧的***钻孔位置参数。

在实际应用中，一种基于二氧化碳***的顶板深部围岩卸压系统还包括：***段和未***段确定模块。

***段和未***段确定模块用于根据所述***钻孔确定***段和未***段；所述未***段设置于所述***钻孔前段的围岩内；所述***段设于所述***钻孔后段的围岩内。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。