1.一种基于冲击地压巷道分类的卸压钻孔回填方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,对巷道临近区域的危险因素以计分方式进行评价并加成求和,确定巷道临近区域的危险指数Z1;
所述巷道临近区域的危险因素包括:巷道临近区域内的煤体中有害气体是否超标;巷道临近区域是否处于突水区;巷道临近区域内的煤尘是否具有发火性;巷道临近区域是否临近采空区;
所述巷道临近区域的危险因素评价计分方法为:煤体中有害气体含量≧国家标准,记1分,煤体中有害气体含量<国家标准,记0分;巷道临近区域处于突水区范围,记1分,巷道临近区域未处于突水区范围,记0分;煤尘具有发火性,记1分,煤尘不具备发火性,记0分;巷道临近区域临近采空区,记0.5分,巷道临近区域未临近采空区,记0分;
步骤二,通过测量巷道围岩变形量以及巷道围岩绝对变形量,计算巷道围岩变形指数Z2;
通过下述公式计算巷道围岩变形指数Z2,
通过下述公式计算巷道绝对变形量,
式中:γ-巷道顶板岩层平均容重,N/m3;H-巷道埋深,m;B-巷道设计掘进宽度,m;E-巷道围岩弹性模量,Pa;
步骤三,确定卸压钻孔-巷道距离指数Z3;
确定卸压钻孔-巷道距离指数Z3包括以下步骤:a.定义抽样检测对象为监测时间内采掘工作面与大巷之间的卸压钻孔;b.以大巷为起始点向采掘工作面方向,将卸压钻孔顺序分为N组,每组包含多个卸压钻孔,将每组中位于中间位置的卸压钻孔定义为样本卸压钻孔;c.定义样本卸压钻孔轴线与回采工作切眼煤壁延长直线的空间相对距离为Di;d.定义监测时间内距离大巷最远处的卸压钻孔,其轴线与回采工作切眼煤壁延长直线的空间相对距离为Dmax;e.通过公式计算卸压钻孔-巷道距离指数;
步骤四,确定卸压钻孔破坏率指数Z4;
所述卸压钻孔破坏率指数Z4取值规则如下:钻孔破坏率在0.0-0.4范围内的为轻度破坏,钻孔破坏率指数Z4取1;钻孔破坏率在0.4-0.7范围内的为中度破坏,钻孔破坏率指数Z4取3;钻孔破坏率在0.7-1.0范围内的为重度破坏,钻孔破坏率指数Z4取5;其中,通过下述公式计算卸压钻孔破坏率,
式中:n为塌孔位置关系系数,以钻孔长度中心为界,钻孔外半段塌孔程度大于内半段塌孔程度取1,反之取0.5;
步骤五,基于步骤一至步骤四得出的指数,通过公式Z=Z1Z2+Z3Z4计算巷道围岩的综合评价指数Z,并根据综合评价指数Z的取值,对巷道进行分类;
步骤六,制备与所述巷道分类相对应的卸压钻孔充填材料,并完成卸压钻孔充填作业。
2.根据权利要求1所述的一种基于冲击地压巷道分类的卸压钻孔回填方法,其特征在于,步骤五中,所述综合评价指数Z为0-5分时,所述巷道分类为一类;所述综合评价指数Z为6-10分时,所述巷道分类为二类;所述综合评价指数Z为11-15分时,所述巷道分类为三类;所述综合评价指数Z>15分时,所述巷道分类为四类。
3.根据权利要求2所述的一种基于冲击地压巷道分类的卸压钻孔回填方法,其特征在于,当所述巷道为一类时,所述充填材料的重量比配比为:煤焦油:吸水树脂:细粘土=1:2:7;当所述巷道为二类时,所述充填材料的重量比配比为:煤焦油:吸水树脂:细粘土=1:1:18;当所述巷道为三类时,所述充填材料的重量比配比为:煤焦油:吸水树脂:细粘土=2:1:17;当所述巷道为四类时,所述充填材料的重量比配比为:煤焦油:吸水树脂:细粘土=1:1:9。
4.根据权利要求3所述的一种基于冲击地压巷道分类的卸压钻孔回填方法,其特征在于,所述卸压钻孔的充填作业方法为:一类巷道,充填范围为卸压钻孔全长,注浆压力为水力劈裂钻孔壁围岩阈值的三分之二;二类巷道,充填范围为卸压钻孔全长,注浆压力为水力劈裂钻孔壁围岩阈值的二分之一;三类巷道,充填范围为卸压钻孔深浅各三分之一,充填时,将注浆管深入至卸压钻孔底部,充填至卸压钻孔的三分之一后,向外移动注浆管至距离卸压钻孔孔口三分之一处,继续注浆至注浆结束,注浆压力为水力劈裂钻孔壁围岩阈值的二分之一;四类巷道,充填范围为钻孔全长,注浆压力为水力劈裂钻孔壁围岩阈值的三分之一;其中,在水力劈裂巷道围岩过程中的泵压峰值初始压裂压力即为所述水力劈裂钻孔壁围岩阈值。
5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的一种基于冲击地压巷道分类的卸压钻孔回填方法,其特征在于,所述回填方法还包括巷道围岩初步评价步骤,通过使用原位试验装置获取巷道围岩原位岩性参数,所述原位岩性参数包括原位抗剪强度、松散层内聚力、内摩擦角和原位弹性模量。
6.根据权利要求5所述的一种基于冲击地压巷道分类的卸压钻孔回填方法,其特征在于,所述原位试验装置包括推进单元、压裂单元和剪切单元;
所述推进单元包括液压泵站和液压钻杆,用于将所述压裂单元和剪切单元送入卸压钻孔内设定位置,所述液压钻杆在所述液压泵站泵送压力的推动下能够逆时针转动,并向所述剪切单元提供扭矩;
所述压裂单元包括前端封堵装置、水力压裂出液装置和后端封堵装置,所述水力压裂出液装置位于所述前端封堵装置和后端封堵装置之间,所述前端封堵装置和后端封堵装置膨胀密封卸压钻孔后,所述水力压裂出液装置用于向卸压钻孔提供水力压裂冲击力;
所述剪切单元包括一体式框架、传动齿轮、传动齿条和剪切模具;所述传动齿轮、传动齿条和剪切模具固定安装于所述一体式框架内;所述传动齿轮安装于所述液压钻杆前端并随所述液压钻杆同步运动;所述传动齿条与所述传动齿轮啮合,并通过垂直安装于所述剪切模具的侧斜面向所述剪切模具施加压力;所述剪切模具作用于卸压钻孔中的钻孔围岩原位试件。
7.根据权利要求6所述的一种基于冲击地压巷道分类的卸压钻孔回填方法,其特征在于,所述剪切单元还包括齿轮轴、齿条滑槽、齿条滑槽套管和调整弹簧;所述传动齿轮键装于齿轮轴上,齿轮轴与所述液压钻杆的前端面固定连接;所述传动齿条安装于所述传动齿轮上方,并通过所述齿条滑槽以及所述齿条滑槽套管进行固定;所述调整弹簧安装于所述传动齿条上方,用于进一步保证所述传动齿轮与所述传动齿条的稳定啮合。
8.根据权利要求6所述的一种基于冲击地压巷道分类的卸压钻孔回填方法,其特征在于,所述原位试验装置还包括监测反馈单元,所述监测反馈单元包括设置于所述压裂单元处的第一位移传感器、所述压裂单元的高压泵以及设置于所述剪切单元处的第二位移传感器;所述第一位移传感器安装于所述前端封堵装置和后端封堵装置处,用于监测封堵装置形变量;所述第二位移传感器安装于所述剪切模具处,用于监测所述剪切模具位移形变;所述第一位移传感器和第二位移传感器通过信号传输线与计算机连接,用于读取和记录数据。
9.根据权利要求8所述的一种基于冲击地压巷道分类的卸压钻孔回填方法,其特征在于,通过下述公式计算所述原位抗剪强度τ:
式中:σ—剪切面法向应力,Pa;
—内摩擦因数;
Ps—稳定开裂压力,Pa;
P0—孔隙水压力或地下水压力,Pa;
通过下述公式计算剪切面法向应力σ:
式中:M—钻具输出扭矩,N·m;
η—齿轮齿条结构传动效率,%;
α—剪切磨具与剪切面夹角,°;
A—剪切面面积,㎡;
r—传动齿轮分度圆半径,m;
通过下述公式计算所述松散层内聚力c:
式中:Ps—稳定开裂压力,Pa;
P0—孔隙水压力或地下水压力,Pa;—内摩擦角;
—内摩擦因数;
通过下述公式计算内摩擦因数
式中:M—钻具输出扭矩,N·m;
η—齿轮齿条结构传动效率,%;
α—剪切磨具与剪切面夹角,°;
A—剪切面面积,㎡;
r—传动齿轮分度圆半径,m;
Ps—稳定开裂压力,Pa;
P0—孔隙水压力或地下水压力,Pa;通过下述公式计算所述内摩擦角
式中:M—钻具输出扭矩;
η—齿轮齿条结构传动效率;
α—剪切磨具与剪切面夹角;
A—剪切面面积;
r—传动齿轮分度圆半径;
Ps—稳定开裂压力;
P0—孔隙水压力或地下水压力;
10.根据权利要求8所述的一种基于冲击地压巷道分类的卸压钻孔回填方法,其特征在于,通过下述公式计算所述原位弹性模量:
式中:Δσ-封堵装置线性均匀增加的泵压,Pa;
Δr-封堵装置线性均匀增加泵压时半径的变化量,m;
R-测试卸压钻孔的半径,m。
11.根据权利要求8所述的一种基于冲击地压巷道分类的卸压钻孔回填方法,其特征在于,在卸压钻孔充填完成后至充填材料凝固前的时间段内,在充填材料中埋设实时应力传感器。