一种采动巷道的变形控制方法
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种采动巷道的变形控制方法。
背景技术
随着我国煤矿开采深度增加，巷道围岩应力环境恶化，大变形巷道逐渐增多。目前由于采掘接续紧张，大部分矿区回采巷道采用双巷掘进，即相邻工作面的回采巷道同时掘出，形成的主要结构可以包括上工作面运输巷、本工作面辅运巷以及两个工作面之间的区段煤柱。其中，本工作面辅运巷会受到相邻工作面运输巷的采动操作的影响，因此本工作面辅运巷又称为采动巷道。
辅运巷为典型的深部采动巷道，不仅承受深部自身开掘产生的应力集中，上一工作面的开采导致深部采动应力场进一步叠加，增加辅运巷的围岩应力，变形量显著增加，支护难度增大。例如，对于深部受采动影响的巷道而言，其支承压力可能是原岩应力的2～5倍，围岩受力更大。如图1所示，由于上一个工作面已经采空，两个工作面之间的覆岩结构出现了较大的非对称性，从而导致采动巷道会出现显著的非均匀大变形和强烈的底鼓。目前，普通的锚杆和锚索等支护已不能对上述问题进行有效控制。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种采动巷道的变形控制方法，能够有效控制采动巷道的变形。
本发明的实施例还提供一种采动巷道的变形控制方法，包括：根据运输巷与辅运巷的所处工程地质条件及巷道走向，确定定向爆破的爆破方向和爆破深度；其中，所述运输巷中设置有第一工作面，所述辅运巷中设置有第二工作面；所述辅运巷与所述运输巷间隔设置且并列延伸；根据所述爆破方向和爆破深度，在距离所述第一工作面开采前方第一预设距离处对所述运输巷的巷道顶部进行定向爆破，以使所述第一工作面与所述第二工作面之间的顶部岩层断裂解连。
可选的，所述根据所述爆破方向和爆破深度，在距离所述第一工作面开采前方第一预设距离处对所述运输巷的巷道顶部进行定向爆破之前，所述方法还包括：在距离所述第一工作面开采前方第二预设距离处，对所述辅运巷的底部进行松动爆破，其中，所述第二预设距离大于所述第一预设距离。
可选的，所述方法还包括：根据所述运输巷和所述辅运巷的岩石岩性，分别确定多个定向爆破位点之间的间距以及多个松动爆破位点之间的间距；在每个所述定向爆破位点和每个所述松动爆破位点装入炸药；在所述第一工作面随挖掘工作前移的过程中，依次对各定向爆破位点以及各松动爆破位点爆破。
可选的，所述第二预设距离为80-100米。
可选的，所述第一预设距离为50-80米。
可选的，所述方法还包括：根据所述第一工作面及所述第二工作面的采矿情况，确定所述辅运巷的围岩应力及变形程度；根据所述辅运巷的围岩应力及变形程度，在所述辅运巷的围岩内设置多个支护装置。
可选的，所述运输巷和所述辅运巷被区段煤柱所间隔；至少一部分所述支护装置设置在所述区段煤柱中，所述区段煤柱中的支护装置为内部中空结构；所述方法还包括：通过所述中空结构向所述区段煤柱内部注浆加固。
可选的，所述支护装置包括锚杆和/或锚索。
本发明的实施例提供的采动巷道的变形控制方法，运输巷中设置有第一工作面；辅运巷中设置有第二工作面；辅运巷与运输巷间隔设置且并列延伸；在距离第一工作面开采前方第一预设距离处，运输巷的顶部被定向爆破，以使第一工作面与第二工作面之间的顶部岩层断裂解连。这样，当在运输巷中对第一工作面进行开采时，即使第一工作面中的煤层被挖出，第一工作面上方的岩层冒落，由于第一工作面与第二工作面之间的顶部岩层已经被定向爆破断裂解连，从而不会将高应力传导给第二工作面上方的岩层，也不会对第二工作面上方的岩层进行挤压产生巨大的侧向应力，从而有效避免了辅运巷的围岩由于采动的影响产生过大变形和底鼓。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中采动巷道变形的一种结构示意图；
图2为本发明的实施例提供的采动巷道的变形控制方法的一种流程图；
图3为根据本发明的实施例提供的采动巷道的变形控制方法形成的巷道结构的一种俯视示意图；
图4为本发明的实施例中采动巷道中的支护装置的一种分布示意图；
图5为本发明的实施例提供的采动巷道的变形控制方法中炮孔设置的一种正视图；
图6为本发明的实施例提供的采动巷道的变形控制方法中炮孔的一种装药示意图；
图7为本发明的实施例提供的采动巷道的变形控制方法中炮孔的另一种装药示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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作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。
如图2所示，本发明的实施例还提供一种采动巷道的变形控制方法，包括：
S51根据运输巷与辅运巷的所处工程地质条件及巷道走向，确定定向爆破的爆破方向和爆破深度；其中，所述运输巷中设置有第一工作面，所述辅运巷中设置有第二工作面；所述辅运巷与所述运输巷间隔设置且并列延伸；
S52，根据所述爆破方向和爆破深度，在距离所述第一工作面开采前方第一预设距离处对所述运输巷的巷道顶部进行定向爆破，以使所述第一工作面与所述第二工作面之间的顶部岩层断裂解连。
本发明的实施例提供的采动巷道的变形控制方法，能够根据运输巷与辅运巷的所处工程地质条件及巷道走向，确定定向爆破的爆破方向和爆破深度，根据所述爆破方向和爆破深度，在距离所述第一工作面开采前方第一预设距离处对所述运输巷的巷道顶部进行定向爆破，以使所述第一工作面与所述第二工作面之间的顶部岩层断裂解连。这样，当在运输巷1中对第一工作面11进行开采时，即使第一工作面11中的煤矿被挖出，第一工作面上方的岩层冒落，由于第一工作面11与第二工作面21之间的顶部岩层已经被定向爆破断裂解连，从而不会将高应力传导给第二工作面21上方的岩层，也不会对第二工作面21上方的岩层进行挤压产生巨大的侧向应力，从而有效避免了辅运巷2的围岩由于采动的影响产生过大变形和底鼓。
需要说明的是，本发明的实施例提供的采动巷道的变形控制方法中，采动巷道是指会受采动影响的巷道，在本发明的实施例中具体指辅运巷2。
示例性的，根据图2所示的采动巷道的变形控制方法形成的巷道结构可以如图3所示。如图3所示，该巷道结构可以包括：
运输巷1，运输巷1中设置有第一工作面11；
辅运巷2，辅运巷2中设置有第二工作面21；辅运巷2与运输巷1间隔设置且并列延伸；
在距离第一工作面11开采前方第一预设距离处，运输巷的顶部13被定向爆破，以使第一工作面11与第二工作面21之间的顶部岩层断裂解连。
这样，当在运输巷1中对第一工作面11进行开采时，即使第一工作面11中的煤层被挖出，第一工作面上方的岩层冒落，由于第一工作面11与第二工作面21之间的顶部岩层已经被定向爆破断裂解连，从而不会将高应力传导给第二工作面21上方的岩层，也不会对第二工作面21上方的岩层进行挤压产生巨大的侧向应力，从而有效避免了辅运巷2的围岩由于采动的影响产生过大变形和底鼓。
具体实施中，为了控制第一工作面11的采矿工作对第二工作面21的辅运巷2产生的影响，同时也为了不影响第一工作面11的采矿工作，发明人在研究中发现，可以在第一工作面11开采前方合适的距离处进行定向爆破。例如，在本发明的一个实施例中，可以在第一工作面11开采前方第一预设距离L1，例如50-80米，对运输巷1的顶部岩层进行定向爆破，可以达到较好的变形控制效果，同时不会影响第一工作面11的开采操作。
发明人在进一步的研究中发现，随着第一工作面11被采空，第一工作面11顶部岩层逐渐下压，运输巷1底部岩层也会承受巨大的应力，这些应力可以通过底部岩层传递到第二工作面21的辅运巷2的底部，进而引起辅运巷2底部鼓起，产生强烈的底鼓。
为了解决上述问题，再次参照图3，在本发明的一个实施例中，在步骤S52之前，根据所述爆破方向和爆破深度，在距离所述第一工作面开采前方第一预设距离处对所述运输巷的巷道顶部进行定向爆破之前，所述方法还包括：
在距离所述第一工作面开采前方第二预设距离L2处，对所述辅运巷的底部进行松动爆破，其中，所述第二预设距离大于所述第一预设距离L1，例如第二预设距离可以为80-100米。这样，由于辅运巷2的底部被松动爆破，即使第一工作面11产生横向挤压应力，也可以被辅运巷2底部松动爆破后产生的碎石吸收而不会进行应力积累产生底鼓。
需要说明的是，随着第一工作面开采工作的进行，第一工作面会逐渐向前移动。参照图3所示，箭头指示方向为第一工作面11中煤矿挖掘的方向，也即第一工作面11前进的方向。随着第一工作面11的前移，还可以对运输巷1和辅运巷2进行更多次的定向爆破和松动爆破。其中，定向爆破位点和松动爆破位点分别可以如图3中运输巷1中的一串小圆圈和辅运巷2中的一串小圆圈所示。
具体实施中，在本发明的一个实施例中，本发明的实施例提供的采动巷道的变形控制方法还可以包括：
根据所述运输巷和所述辅运巷的岩石岩性，分别确定多个定向爆破位点之间的间距以及多个松动爆破位点之间的间距；
在每个所述定向爆破位点和每个所述松动爆破位点装入炸药；
在所述第一工作面随挖掘工作前移的过程中，依次对各定向爆破位点以及各松动爆破位点爆破。
进一步的，在本发明的一个实施例中，为了控制辅运巷的变形，除了尽力消除相邻的第一工作面11开采操作的影响之外，还可以改进辅运巷的支护装置。
可选的，在本发明的一个实施例中，还可以包括：
根据所述第一工作面及所述第二工作面的采矿情况，确定所述辅运巷的围岩应力及变形程度；
根据所述辅运巷的围岩应力及变形程度，在所述辅运巷的围岩内设置多个支护装置。
例如，对于围岩变形较大的位置，可以设置较密集的支护装置3，对于围岩变形较小的位置，可以设置较稀疏的支护装置3，从而能够对辅运巷2的围岩进行更有效的支撑，防止围岩出现剧烈变形。
可选的，如图4所示，在本发明的一个实施例中，运输巷1和辅运巷2被区段煤柱4所间隔；至少一部分支护装置3设置在所述区段煤柱中，所述区段煤柱中的支护装置为内部中空结构；所述方法还包括：通过所述中空结构向所述区段煤柱内部注浆加固。由于区段煤柱4两侧都是巷道，会承受较大的应力，通过具有中空结构的支护装置向区段煤柱4内部注浆，可以弥合区段煤柱4内部的裂痕，使区段煤柱4具有更高的强度。
可选的，所述支护装置可以包括锚杆和/或锚索等各种有利于加强围岩支撑强度的装置。
下面通过一个具体的实施例对本发明的实施例提供的采动巷道的变形控制方法进行详细说明。
示例性的，在本发明的一个实施例中，首先可以对辅运巷进行差异化支护，然后进行底板松动爆破、工作面超前定向预裂等方式转移高应力。定向爆破和松动爆破可以按照如下操作进行：
步骤一、根据运输巷与辅运巷的所处工程地质条件及巷道走向，确定定向爆破的爆破方向和爆破深度；
步骤二、根据爆破方向和爆破深度，在距离第一工作面开采前方150米处的辅运巷中开设松动爆破的预裂炮孔，在距离第一工作面开采前方100米处的运输巷中开设定向爆破的预裂炮孔；如图5所示，两种预裂炮孔的深度d1、d2和角度α、β可以根据地质条件的不同而不同。定向爆破的装药结构示意图可以如图6所示。松动爆破的装药示意图可以如图7所示。
参考图6和图7，装药与封孔具体实施可以包括如下步骤：
图6、图7中标号定义如下：71--传爆体，72--切缝药包药柱，73--雷管，74--封孔炮泥，75--岩层，76--起爆线，81--传爆体，82--炸药，83--封孔炮泥，84--雷管，85--岩层，86--起爆线
1)探孔
此步骤中需要用到探孔管和探孔头，探孔头要使用和爆破药卷相同的尺寸，这个需要提前加工制作，最好是使用一套，还要有一套备用。探孔中，将炮棍一节一节接好，深入孔底探测炮孔深度，并要求有专人进行记录，然后与设计钻孔尺寸进行对照，来确定最终装药量和封孔的长度。
2)防滑装置的制作
在每节爆破药卷端部100mm处加工穿透小孔，将防滑装置插入其中，根据送入爆破药卷的数量调整使用防滑装置的数量。
3)起爆头药制作
取用一节爆破药卷，在药卷底端后盖上钻4mm左右的两个孔，这两个孔要能穿过爆破母线，将母线分别穿过每个小孔，母线前端留有100mm的线头并打结，防止母线从小孔内滑出，母线线头分别与两发煤矿许用电雷管相连接，用防水绝缘胶带对线头连接处进行严密包裹，连接之前要测量煤矿许用电雷管的电阻以确定其导通情况，将连接好后的煤矿许用电雷管放入炸药内，并将爆破药卷后盖盖上。
4)顺序装药
用炮棍将爆破药卷一卷一卷的推送到孔内，同时需要记录每次送入孔内的爆破药卷数和炮棍数，和探孔长度进行对比，以确定送入的爆破药卷是否送到指定位置。一次最多推送不超过三个爆破药卷，否则工人推送不动，且容易出现卡空。
5)封堵黄泥
封孔采用压风装药器与抗静电阻燃塑料管进行压风喷泥封孔。封孔材料为略潮的黄土，使用的黄泥要提前进行过筛处理。风压使用0.7MPa，压风不足时(＜0.35MPa)，不得封孔。剩余炮孔全部用黄泥进行封堵，封堵的过程中封孔管随着封孔距离的不断增加而缓缓地抽出，炮泥封好后孔口有一段母线露出，以方便不同炮孔之间连线放炮。
需要说明的是，如探孔不畅，出现堵塞现象，先下高压水管，用高压水将孔内岩渣清除，再用压风将孔内积水清除。再次进行探孔，然后装药。如果反复尝试几次透孔都无法成功，可能钻孔内部出现塌孔，结合现场实际情况，对此钻孔进行合理的处置。
还需要说明的是，本发明的实施例中的炸药种类不限，但需满足“煤矿安全规程”相关要求，既可以为火药，也可以为气体、液体等。各种炸药都可以通过不同装配方式，形成定向爆破或非定向爆破。
步骤三、在距离第一工作面开采前方100米处的辅运巷中进行松动爆破；底板松动爆破-普通药包(非定向爆破)。底板松动爆破转移应力，迁移静载荷。
步骤四、在距离第一工作面开采前方50米处的运输巷中进行定向爆破。顶板定向预裂爆破-切缝药包。顶板定向预裂降低动载荷，同时减小支承压力。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
