大直径钻孔卸压机理及其合理参数研究

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我国矿井地质条件复杂,随着煤矿开采深度的不断增加,高应力巷道的数量越来越多,围岩应力越来越大,容易发生冲击地压灾害。我国的很多矿山都具有一定程度的冲击危险倾向,特别是当开采水平接近临界深度时,煤岩突出非常严重,随着我国煤矿开采深度的逐年递增,冲击危险愈发严重,已成为制约我国煤矿安全生产的重要障碍。钻孔卸压技术能够降低巷道上方及周围岩体的高应力值及高应力区的范围,并且能够使应力峰值向煤体深处转移,有效降低巷道上方及其周围岩体的高应力值,减少弹性能量的积聚,降低区域冲击危险。因此,对大直径钻孔卸压机理及其合理参数的深入研究具有重要的科学意义和工程应用价值。本文运用经典力学理论分析了大直径钻孔卸压机理。大直径钻孔卸压是利用钻孔的方法消除或减缓围岩变形和巷道冲击地压危险。在高应力煤体内施工钻孔,钻孔周围煤体在高应力的作用下产生裂隙并发生破坏,在钻孔周围形成了一个比钻孔直径大得多的破裂区,单个钻孔周围的破裂区之间相互连通后,在煤体内部形成一条更大范围的破裂卸压区,使得应力峰值减小并向煤体深部转移,起到卸压作用。通过应用FLAC大型数值模拟软件,分别模拟了埋深600m和埋深1000m两种不同埋深条件下,不同钻孔直径对钻孔卸压效果的影响。研究表明:钻孔开孔后,钻孔周围应力集中,煤体发生破坏,形成应力降低区,起到卸压作用。因此,无论钻孔直径大小,都能起到一定的卸压作用。并且,随着钻孔直径的增大,巷道卸压效果越来越好,直径为0.3m及以上时,巷道单个钻孔之间的卸压区开始相互连接形成范围更大的卸压区,能够起到更好的卸压效果,但在实际情况中,钻孔直径过大,会影响巷道围岩的整体性,并且进行钻孔时出现卡钻的现象增多,增加施工难度和工程成本。通过应用FLAC大型数值模拟软件,模拟了埋深600m和埋深1000m两种不同埋深条件下,不同钻孔间距对钻孔卸压效果的影响。研究表明:钻孔间距是影响钻孔卸压效果的一个重要参数。并且钻孔间距越小钻孔卸压效果越好。随着埋深的增大,煤体垂直压力增大,钻孔卸压效果越来越好。通过数值模拟研究了唐口煤矿千米深井典型高应力巷道大直径钻孔卸压机理及钻孔合理参数,为大埋深、高应力、冲击危险性严重等类似工程地质条件下的巷道解危设计提供了理论依据。本文最后,分析和研究了大直径钻孔卸压技术在东滩煤矿的实践应用情况,论证了大直径钻孔卸压作为高应力巷道解危措施的可行性和科学性,其优点在于能把巷道周围的应力集中区转移到巷道围岩深处,卸压效果好,灵活可靠。围岩压力愈高,卸压效果越好,且在恶劣的煤层地质条件下仍具有较强的适应性。
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