[0001] 本发明涉及煤矿冲击地压防治技术领域，具体而言，涉及一种采煤工作面过上覆刀把型采空区防治冲击地压的方法。

[0002] 近些年来浅部煤炭资源逐渐枯竭，煤炭开采逐渐由浅部转为深部。煤炭开采条件日益复杂，矿井面临的动力灾害日益严重。其中，煤矿动力灾害之一的冲击地压事故频发，造成了人员的伤亡和大量的财产损伤。

[0003] 煤矿冲击地压的防治经过几十年的发展，逐步形成了相对完备的防治理念和防治技术。其中，冲击地压防治工程的理念为“先防后治、防治结合、以防为主”。防治技术包括区域性防治技术与局部性防治技术以及二者相结合的“区域‑局部”防治方案。其中，区域性的防治措施包括开拓方式、采掘部署、开采顺序、煤柱留设、采煤方法、开采工艺、保护层的开采等；局部防冲措施包括煤层钻孔卸压、煤层爆破卸压、煤层注水、顶板爆破预裂、顶板水力致裂、底板钻孔和底板爆破卸压。在这些冲击地压防治理念和防治技术的指导下，绝大多数冲击地压矿井取得了较好的防治成效。

[0004] 但是，随着煤矿开采深度的增加，各矿井浅部的煤层逐渐开采完毕，转而向深部的煤层开采，大多数矿井形成了“上覆煤层为采空区，下部煤层为开采工作面”的情形，即大概率形成刀把型采空区下开采。而上述的冲击地压防治措施是一种普适性的防治方案，具体到某一矿井防治方案的确定还需要进一步的研究和细化。针对这种新出现的“刀把型采空区”下开采的情形，各矿井一般生搬硬套浅部开采的冲击地压防治措施，防治效果不明显，防治成本较高，冲击地压的安全性未达到可防可控的目的。

[0032] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0033] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0034] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0035] 本发明提供了一种采煤工作面过上覆刀把型采空区防治冲击地压的方法，包括：

[0036] 步骤S100，判断采煤工作面10是否满足过刀把型采空区20的条件；

[0037] 步骤S200，当采煤工作面10满足过刀把型采空区20的条件时，判断采煤工作面10和刀把型采空区20的相对位置关系，并根据采煤工作面10和刀把型采空区20的相对位置关系确定采煤工作面10的煤层顶板30的强冲击危险区31和弱冲击危险区32；

[0038] 步骤S300，针对强冲击危险区31设计第一钻孔方案和第一装药方式，以对强冲击危险区31进行爆破预裂；

[0039] 步骤S400，针对弱冲击危险区32设计第二钻孔方案和第二装药方式，以对弱冲击危险区32进行爆破预裂。

[0040] 为了防治冲击地压，在对采煤工作面10进行开采时，首先判断采煤工作面10是否满足过刀把型采空区20的条件，当采煤工作面10满足过刀把型采空区20的条件时，则判断采煤工作面10和刀把型采空区20的相对位置关系，并根据采煤工作面10和刀把型采空区20的相对位置关系确定采煤工作面10的煤层顶板30的强冲击危险区31和弱冲击危险区32；最后针对强冲击危险区31设计第一钻孔方案和第一装药方式，以对强冲击危险区31进行爆破预裂；并且，针对弱冲击危险区32设计第二钻孔方案和第二装药方式，以对弱冲击危险区32进行爆破预裂。该方法针对于刀把型采空区20的下方的采煤工作面10的开采，能够更加精确的划分采煤工作面10经过刀把型采空区20过程中的冲击危险区域的情况，根据冲击危险区的划分结果，采取不同的钻孔方案和装药方式对弱冲击危险区和强冲击危险区分别爆破预裂，以达到采煤工作面10安全通过的目的，该方法避免了防治工程的重复和不合理，使防治工作更加的科学化、精准化和经济化，能够达到煤矿生产的高产、高效、高安全的目的，提高冲击地压防治效果。

[0041] 需要说明的是，冲击地压分为无冲击地压危险、弱冲击地压危险、中等冲击地压危险和强冲击地压危险四个危险等级；其中，存在强冲击地压危险的区域均为强冲击危险区31，存在弱冲击地压危险弱的区域即为弱冲击危险区32，而由于刀把型采空区的特殊条件，中等冲击地压危险区在这种条件下不存在。

[0042] 具体地，判断采煤工作面10是否满足过刀把型采空区20的条件的方法，包括：当煤矿的煤层110大于或等于2，且采煤工作面10的上覆煤层已开采，且已开采的上覆煤层的相邻两个已开采工作面的走向长度不相等时，采煤工作面10满足过刀把型采空区20的条件。其中，相邻两个走向长度不相等的已开采工作面形成刀把型采空区20。

[0043] 其中，若相邻两个已开采工作面中的先开采的工作面的走向长度大于相邻两个已开采工作面中的后开采的工作面的走向长度，则刀把型采空区20为正向刀把型采空区，如图1中的第一工作面21和第二工作面22形成的刀把型采空区20即为正向刀把型采空区；反之，刀把型采空区20为反刀把型采空区。

[0044] 需要说明的是，上覆煤层指的是采煤工作面10上方的煤层。

[0045] 具体地，根据采煤工作面10和刀把型采空区20的相对位置关系确定采煤工作面10的煤层顶板30的强冲击危险区31和弱冲击危险区32的方法，包括：当采煤工作面10的推进方向与刀把型采空区20的推进方向相同，且采煤工作面10位于刀把型采空区20的下方时，刀把型采空区20的刀把23的边缘区域下方的煤层顶板30为弱冲击危险区32，刀把23和刀把型采空区20的刀身24的相交区域为弱冲击危险区32。具体实施时，刀把型采空区20的刀把23的边缘区域下方的煤层顶板30为弱冲击危险区32，刀把23和刀把型采空区20的刀身24的相交区域为弱冲击危险区32，刀身24下方的煤层顶板30为无冲击危险区。

[0046] 需要说明的是，刀把型采空区20中的各个已开采的工作面的推进方向均相同，各个已开采的工作面的推进方向即为刀把型采空区20的推进方向。

[0047] 具体实施时，当采煤工作面10的推进方向与刀把型采空区20的推进方向相同，且采煤工作面10位于刀把型采空区20的下方时，采煤工作面10与刀把型采空区20为正交；若采煤工作面10的推进方向与刀把型采空区20的推进方向之间的夹角大于0°且小于90°，采煤工作面10与刀把型采空区20为斜交；若采煤工作面10的推进方向与刀把型采空区20的推进方向无任何交集，则采煤工作面10与刀把型采空区20为无交集；其中，斜交和无交集对煤矿冲击地压的影响相对较小。

[0048] 具体地，采煤工作面10包括煤层区11和设置在煤层区11的侧部的巷道12；刀把型采空区20包括已采空的第一工作面21和第二工作面22，第一工作面21和第二工作面22的推进方向相同；第二工作面22沿其推进方向具有依次设置的第一端和第二端，第一工作面21沿其推进方向的相反方向凸出于第二工作面22的第一端设置，第一工作面21的凸出于第二工作面22的第一端的区域为刀把23；强冲击危险区31沿采煤工作面10的倾向方向延伸至煤层顶板30的两端，强冲击危险区31沿采煤工作面10的推进方向具有依次设置的第一端和第二端；其中，采煤工作面10的倾向方向与采煤工作面10的推进方向相垂直；对强冲击危险区31和弱冲击危险区32进一步进行限定，在煤矿的水平投影上，强冲击危险区31的第一端和第二工作面22的第一端之间的距离大于或等于50m且小于或等于100mm，强冲击危险区31的第二端至第二工作面22的第一端之间的距离大于或等于50m且小于或等于100mm；刀把23、煤层区11和强冲击危险区31之间的部分巷道12与弱冲击危险区32相重合。这样的设置能够保证强冲击危险区31和弱冲击危险区32的合理划分，进而能够针对性防治冲击地压。

[0049] 具体地，第一钻孔方案包括设计钻孔的位置、长度、间距、数量和角度等；第一装药方式包括设计装药的长度、封孔的长度、封孔的材料及装药的方式；第二钻孔方案包括设计钻孔的位置、长度、间距、数量和角度等；第二装药方式包括设计装药的长度、封孔的长度、封孔的材料及装药的方式。

[0050] 具体地，弱冲击危险区32的第二钻孔方案包括：在弱冲击危险区32上钻取多个第一钻孔结构；其中，多个第一钻孔结构分为多个第一钻孔组件，多个第一钻孔组件沿采煤工作面10的倾向方向间隔设置；各个第一钻孔组件均包括多个第一钻孔结构，多个第一钻孔结构沿采煤工作面10的走向方向间隔设置；第一钻孔组件的相邻两个第一钻孔结构之间的间距为d1，5m≤d1≤10m。这样的设置保证弱冲击危险区32爆破预裂的可靠性，提高冲击地压防治效果。

[0051] 需要说明的是，相邻两个第一钻孔结构之间的间距为在两个第一钻孔结构的圆心的连线的延长线上的相邻两个第一钻孔结构之间的距离；两个第一钻孔结构的轴线均与两个第一钻孔结构的圆心的连线相垂直，下同。

[0052] 具体地，弱冲击危险区32的第二钻孔方案包括：多个第一钻孔结构分为多个第二钻孔组件42，多个第二钻孔组件42沿采煤工作面10的走向方向间隔设置；各个第二钻孔组件42均包括三个第一钻孔结构，三个第一钻孔结构沿采煤工作面10的倾向方向间隔设置；第二钻孔组件42的三个第一钻孔结构包括第一钻孔43、第二钻孔44和第三钻孔45，由刀把
23至煤层区11的方向上，第一钻孔43、第二钻孔44和第三钻孔45依次布置；第一钻孔43的轴线与水平面之间的夹角为α1， 第一钻孔43的长度为L1＝H/sinα1；第二钻孔44的轴线与水平面之间的夹角为α2， 第二钻孔44的长度为L2＝H/sinα2；第三钻孔45的轴线与水平面之间的夹角为α3， 第三钻孔45的长度为L3＝H/sinα3；其中，为采煤工作面10的煤层110相对水平面的倾角；H为刀把型采空区20的底部与采煤工作面10的顶部之间的距离。这样的设置保证弱冲击危险区32爆破预裂的可靠性，提高冲击地压防治效果。

[0053] 具体地，强冲击危险区31的第一钻孔方案包括：在强冲击危险区31划分出第一强冲击危险区311；其中，第一强冲击危险区311位于巷道12的顶部；在第一强冲击危险区311上钻取多个第二钻孔结构；其中，多个第二钻孔结构分为多个第三钻孔组件，多个第三钻孔组件沿采煤工作面10的倾向方向间隔设置；各个第三钻孔组件均包括多个第二钻孔结构，多个第二钻孔结构沿采煤工作面10的走向方向间隔设置；第三钻孔组件的相邻两个第二钻孔结构之间的间距为d2，2.5m≤d2≤5m。这样的设置保证第一强冲击危险区311爆破预裂的可靠性，提高冲击地压防治效果。

[0054] 具体地，强冲击危险区31的第一钻孔方案包括：多个第二钻孔结构分为多个第四钻孔组件52，多个第四钻孔组件52沿采煤工作面10的走向方向间隔设置；各个第四钻孔组件52均包括三个第二钻孔结构，三个第二钻孔结构沿采煤工作面10的倾向方向间隔设置；第四钻孔组件52的三个第二钻孔结构包括第四钻孔53、第五钻孔54和第六钻孔55，由刀把
23至煤层区11的方向上，第四钻孔53、第五钻孔54和第六钻孔55依次布置；第四钻孔53的轴线与水平面之间的夹角为α4， 第四钻孔53的长度为L4＝H/sinα4；第五钻孔54的轴线与水平面之间的夹角为α5， 第五钻孔54的长度为L5＝H/sinα5；第六钻孔55的轴线与水平面之间的夹角为α6， 第六钻孔55的长度为L6＝H/sinα6；其中，为采煤工作面10的煤层110相对水平面的倾角；H为刀把型采空区20的底部与采煤工作面10的顶部之间的距离。这样的设置保证第一强冲击危险区311爆破预裂的可靠性，提高冲击地压防治效果。

[0055] 具体地，强冲击危险区31的第一钻孔方案包括：在强冲击危险区31划分出第二强冲击危险区312；其中，第二强冲击危险区312位于煤层区11的顶部；在第二强冲击危险区312上钻取多个第七钻孔60；其中，多个第七钻孔60沿采煤工作面10的倾向方向间隔布置；
相邻两个第七钻孔60之间的间距为d3，5m≤d3≤10m；第七钻孔60的轴线与水平面之间的夹角为α7， 第七钻孔60的第一端位于刀把型采空区20的底部，第七钻孔60的第二端朝向采煤工作面10延伸；第七钻孔60的第二端位于采煤工作面10的待开采煤层13的边缘，第七钻孔60的第一端位于其第二端远离待开采煤层13的一侧。其中，第七钻孔60的长度L7＝H/sinα7。这样的设置保证第二强冲击危险区312爆破预裂的可靠性，提高冲击地压防治效果。

[0056] 具体实施时，从液压支架下面钻取第七钻孔60。

[0057] 具体地，强冲击危险区31的第一钻孔方案包括：在第二强冲击危险区312上钻取多个第八钻孔70；其中，多个第八钻孔70沿采煤工作面10的倾向方向间隔布置；相邻两个第八钻孔70之间的间距为d4，2.5m≤d4≤5m；第八钻孔70的轴线与水平面之间的夹角为α8，第八钻孔70的第一端位于刀把型采空区20的底部，第八钻孔70的第二端朝向采煤工作面10延伸；第八钻孔70的第二端位于采煤工作面10的待开采煤层13的边缘，第八钻孔70的第一端位于其第二端远离采煤工作面10的采空区14的一侧。其中，第八钻孔70的长度L8＝H/sinα8。这样的设置保证第二强冲击危险区312爆破预裂的可靠性，提高冲击地压防治效果。

[0058] 为了实现爆破预裂，如图7所示，第一钻孔方案和第二钻孔方案均包括钻取多个钻孔，各个钻孔由采煤工作面10至刀把型采空区20的方向上均具有依次设置的第一孔段81和第二孔段82；第一装药方式和第二装药方式均包括：向第二孔段82内填装药卷90；向第一孔段81内填装封堵部100。其中，钻孔包括上述的第一钻孔结构、第二钻孔结构、第七钻孔60和第八钻孔70。

[0059] 具体地，如图7所示，第二孔段82的长度为2/3L，第一孔段81的长度为1/3L；其中，L为钻孔的长度。具体实施时，第二孔段82内填装满药卷90，第一孔段81内填装满封堵部100。这样的设置保证爆破预裂的效果，进而提高冲击地压防治效果。

[0060] 具体地，如图7所示，封堵部100包括黄土101、水泥药卷102和高分子材料103；向第一孔段81内填装封堵部100的方法，包括：由刀把型采空区20至采煤工作面10的方向上，第一孔段81内依次填装黄土101、水泥药卷102和高分子材料103。这样的设置保证爆破预裂的效果，进而提高冲击地压防治效果。

[0061] 可选地，沿钻孔的轴线的延伸方向，黄土101的长度为1/9L、水泥药卷102的长度为1/9L、高分子材料103的长度为1/9L。

[0062] 具体地，第一装药方式和第二装药方式均包括：在封堵部100和钻孔的孔壁之间设置外径为3cm的橡皮管，以通过橡皮管顶紧封堵部100，防止药卷下滑；然后把导线120穿过橡皮管至空口，随后进行封口。

[0063] 具体实施时，无冲击危险区，不采取防治措施。

[0064] 需要说明的是，上述的走向方向均为图1中的x方向，也即图1中的左右方向；倾向方向均为图1中的y方向，也即图1中的上下方向；其中，推向方向为图1中的由左朝向右的方向。

[0065] 对采煤工作面过上覆刀把型采空区防治冲击地压的方法进行举例，在一个实施例中，煤矿自上而下分别有B4‑2、B4‑1、B3、B2、B1等煤层110，如图2所示，目前正在开采B2煤层，开采的煤层大于两层，满足条件；B2煤层上方的B4‑2、B4‑1煤层已经开采，属于采空区，符合条件；B2煤层上方的B4‑1煤层已经开采完成第一工作面21和第二工作面22，且第一工作面21的长度大于第二工作面22的长度，形成了一个正向的刀把型采空区20；上述三个情况同时符合，采煤工作面10满足过刀把型采空区20的条件。

[0066] 具体实施时，采煤工作面10的推进方向与刀把型采空区20的第一工作面21和第二工作面22的推进方向一致，均为图中的由左向右的方向开采，且采煤工作面10位于第一工作面21和第二工作面22的下方，采煤工作面10与刀把型采空区20的相对位置关系属于正交。

[0067] 具体实施时，根据采煤工作面10与刀把型采空区20的位置关系，可以得到弱冲击危险区32，强冲击危险区31和无冲击危险区33，如图1所示。

[0068] 具体实施时，强冲击危险区31和无冲击危险区33上的钻孔参数分别如下：

[0069] 弱冲击危险区32，d1取10m，α1、α2、α3分别为76°，66°，56°。L1、L2、L3分别为46m，49m，54m，H为45m，第一钻孔结构的直径均为75mm，如图3和图4所示。

[0070] 强冲击危险区31，d2取5m；α4、α5、α6分别为76°，66°，56°；L4、L5、L6分别为46m，49m，54m；d3取10m，α7为76°，L7为46m；d4取5m，α8为76°，L8为46m；如图4、5和图6所示。

[0071] 无冲击危险区33，不采取措施。

[0072] 具体实施时，装药的参数包括：

[0073] 对于46m长的钻孔，药卷90的长度取为30.6m，直径为60mm，封堵部100的长度取15.4m；高分子材料、水泥药卷和黄土的长度分别约为5.1m。

[0074] 对于49m长的钻孔，药卷90的长度取为32.7m，封堵部100的长度取16.3m；高分子材料、水泥药卷和黄土的长度分别约为5.4m。

[0075] 对于54m长的钻孔，药卷90的长度取为36m，封堵部100的长度取18m；高分子材料、水泥药卷和黄土的长度分别约为6m。

[0076] 本申请针对煤矿中出现的刀把型采空区20的下方的采煤工作面10的开采情形，科学合理的划分采煤工作面10经过刀把型采空区20不同区域的危险性，根据冲击危险性划分结果，把相关参数带入判别公式，给出具体的防治参数。从而能够精准的采取防治方案和防治措施，避免额外的防治工程量，提高安全性。这种方法能够在采煤工作面10开采之前预测冲击危险的区域，在开采过程中合理有效的采取防治措施，达到可防可控冲击地压的防治目的。

[0077] 本申请为采煤工作面过上覆刀把型采空区冲击地压的防治提供了一种新的途径，使冲击地压的防治更加精准和安全。

[0078] 本申请提供了一种采煤工作面过上覆刀把型采空区防治冲击地压的方法，相比于传统的没有目的性的防治方案；此种方案能够更加精确的划分采煤工作面10经过刀把型采空区20过程中，冲击危险区域的情况；根据冲击危险区的划分结果，采取走向和倾向不同的钻孔布置和爆破方案，以达到采煤工作面10安全通过的目的。此种采煤工作面10过上覆刀把型采空区防治冲击地压的方法，避免了防治工程的重复和不合理，使防治工作更加的科学化、精准化和经济化，能够达到煤矿生产的高产、高效、高安全的目的。

[0079] 从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

[0080] 为了防治冲击地压，在对采煤工作面10进行开采时，首先判断采煤工作面10是否满足过刀把型采空区20的条件，当采煤工作面10满足过刀把型采空区20的条件时，则判断采煤工作面10和刀把型采空区20的相对位置关系，并根据采煤工作面10和刀把型采空区20的相对位置关系确定采煤工作面10的煤层顶板30的强冲击危险区31和弱冲击危险区32；最后针对强冲击危险区31设计第一钻孔方案和第一装药方式，以对强冲击危险区31进行爆破预裂；并且，针对弱冲击危险区32设计第二钻孔方案和第二装药方式，以对弱冲击危险区32进行爆破预裂。该方法针对于刀把型采空区20的下方的采煤工作面10的开采，能够更加精确的划分采煤工作面10经过刀把型采空区20过程中的冲击危险区域的情况，根据冲击危险区的划分结果，采取不同的钻孔方案和装药方式对弱冲击危险区和强冲击危险区分别爆破预裂，以达到采煤工作面10安全通过的目的，该方法避免了防治工程的重复和不合理，使防治工作更加的科学化、精准化和经济化，能够达到煤矿生产的高产、高效、高安全的目的，提高冲击地压防治效果。

[0081] 需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0082] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

[0083] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。