一種水力致裂控制臨空巷道強(qiáng)礦壓的方法
【專利摘要】一種水力致裂控制臨空巷道強(qiáng)礦壓的方法，首先根據(jù)采煤工作面地質(zhì)信息柱狀圖，確定頂板堅(jiān)硬巖層，然后設(shè)計(jì)控制鉆孔，分別控制超前支承壓力和側(cè)向支承壓力，鉆孔施工結(jié)束后，可在孔底進(jìn)行開槽或割縫，以實(shí)現(xiàn)定向致裂的目的，然后實(shí)施水力致裂工藝，將堅(jiān)硬頂板弱化或沿鉆孔定向預(yù)裂縫的位置切斷，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力轉(zhuǎn)移和圍巖弱化，從而減輕臨空巷道的側(cè)向與超前支承壓力，圍巖內(nèi)部弱化帶能有效吸收或減弱沖擊應(yīng)力波，避免堅(jiān)硬頂板突然斷裂等導(dǎo)致的沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害，控制臨空巷道的大變形。不僅適用于控制對(duì)具有堅(jiān)硬頂板采煤工作面的臨空巷道的強(qiáng)礦壓，也適用于控制工作面回采與相鄰工作面巷道掘進(jìn)交鋒等巷道的強(qiáng)礦壓。其方法簡單有效，安全可靠，成本低。
【專利說明】一種水力致裂控制臨空巷道強(qiáng)礦壓的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制強(qiáng)礦壓的方法，尤其是一種適用于具有堅(jiān)硬頂板采煤工作面的控制臨空巷道強(qiáng)礦壓的方法，也適用于工作面回采與相鄰工作面巷道掘進(jìn)交鋒等巷道強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)的控制。
【背景技術(shù)】
[0002]我國許多礦區(qū)(如大同礦區(qū)、朔州礦區(qū)、榆林神東礦區(qū)等)煤層之上賦存有強(qiáng)度高、厚度大、整體性好的堅(jiān)硬頂板。在開采具有堅(jiān)硬頂板的煤層時(shí)，臨空巷道出現(xiàn)了強(qiáng)烈礦壓顯現(xiàn)(發(fā)生沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害，或是巷道圍巖變形嚴(yán)重、有的變形量達(dá)到百分之五十維護(hù)成本過高甚至導(dǎo)致巷道報(bào)廢)。臨空巷道強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)的原因:一、由于頂板堅(jiān)硬，巷道鄰近采空區(qū)的懸頂寬度和面積大，巷道側(cè)向支承壓力影響范圍大、應(yīng)力集中程度高，靜載導(dǎo)致巷道圍巖不穩(wěn)定，支護(hù)難度大、維護(hù)成本過高甚至難以維護(hù)。二、堅(jiān)硬頂板不能及時(shí)垮落導(dǎo)致破斷步距大、頂板來壓強(qiáng)度大，從而導(dǎo)致工作面臨空巷道超前支護(hù)段的動(dòng)載擾動(dòng)影響大。三、強(qiáng)超前支承壓力和強(qiáng)側(cè)向支承壓力疊加導(dǎo)致臨空巷道發(fā)生沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害，圍巖變形嚴(yán)重，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，超前支護(hù)段變長。
[0003]由于具有堅(jiān)硬頂板的采煤工作面在相鄰工作面采空區(qū)和本工作面采空區(qū)中容易產(chǎn)生懸頂，從而導(dǎo)致臨空巷道圍壓壓力大，巷道變形劇烈，如果堅(jiān)硬頂板突然斷裂還會(huì)導(dǎo)致沖擊地壓，給臨空巷道的安全性構(gòu)成極大的威脅。傳統(tǒng)處理堅(jiān)硬頂板的方法是采用炸藥爆破強(qiáng)制放頂，但是這種方法對(duì)于高瓦斯礦井來說，存在極大的安全隱患，不論臨近工作面采空區(qū)還是本工作面的采空區(qū)都可能集聚大量的瓦斯。傳統(tǒng)控制巷道強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)的方法一方面是加強(qiáng)支護(hù)，另一方面是打鉆、開掘卸壓槽、人工爆破強(qiáng)制放頂或頂板預(yù)裂等應(yīng)力轉(zhuǎn)移與卸除。加強(qiáng)支護(hù)，打鉆、開掘卸壓槽等轉(zhuǎn)移應(yīng)力效果有限且成本高，爆破放頂存在頂板預(yù)裂范圍有限或爆破帶來的安全隱患(高瓦斯礦井和爆破動(dòng)力擾動(dòng))問題。因此，急需研究新的更為安全高效的臨空巷道強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種方法簡單、安全有效的控制臨空巷道強(qiáng)礦壓的方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的控制臨空巷道強(qiáng)礦壓的方法，包括如下步驟:
[0006]a.根據(jù)臨空巷道頂板地質(zhì)信息柱狀圖確定堅(jiān)硬巖層，按照煤柱的寬度和堅(jiān)硬巖層布設(shè)鉆孔的傾角和深度，鉆孔的間距為10-20m，鉆孔的終孔位置在堅(jiān)硬巖層厚度的1/2處；
[0007]b.按布設(shè)鉆孔的傾角和深度在臨空巷道中向堅(jiān)硬巖層方向施工鉆孔，鉆孔深度直至堅(jiān)硬巖層厚度的1/2處，之后，采用開槽鉆頭或割縫鉆頭對(duì)鉆孔孔底進(jìn)行預(yù)開槽或割縫；
[0008]c.通過高壓泵向各鉆孔內(nèi)注水，壓力水進(jìn)入堅(jiān)硬巖層沿預(yù)開槽或割縫內(nèi)滲透，對(duì)鉆孔進(jìn)行水力致裂，通過多個(gè)鉆孔壓裂后的裂縫相互貫通，切斷堅(jiān)硬巖層在相鄰工作面采空區(qū)的懸頂和在本工作面采空區(qū)的懸頂，從而減輕側(cè)向支承壓力和超前支承壓力對(duì)臨空巷道的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制臨空巷道強(qiáng)礦壓。
[0009]在鉆孔孔底進(jìn)行預(yù)開槽或割縫的相鄰兩個(gè)鉆孔之間的開槽或割縫在同一平面上。
[0010]有益效果:由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用水力致裂控制臨空巷道強(qiáng)礦壓的顯現(xiàn)，輔助人工定向的措施，將堅(jiān)硬頂板沿設(shè)計(jì)方位切斷，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力轉(zhuǎn)移和圍巖弱化，從而減輕了由于臨空側(cè)懸頂導(dǎo)致的側(cè)向支承壓力和由于本工作面采空區(qū)懸頂導(dǎo)致的超前支承壓力，減輕了臨空巷道的壓力；同時(shí)水力致裂后堅(jiān)硬頂板及時(shí)垮落，且巷道圍巖弱化帶能有效吸收或減弱堅(jiān)硬頂板破斷等形成的沖擊應(yīng)力波，避免了大面積懸頂突然斷裂導(dǎo)致的沖擊地壓問題。有效控制了臨空巷道所帶來的強(qiáng)礦壓，不僅適用于控制對(duì)具有堅(jiān)硬頂板采煤工作面的臨空巷道的強(qiáng)礦壓，也適用于控制工作面回采與相鄰工作面巷道掘進(jìn)交鋒等巷道的強(qiáng)礦壓。本發(fā)明能有效控制堅(jiān)硬頂板在相鄰工作面的采空區(qū)側(cè)的懸頂和在本工作面采空區(qū)的懸頂，從而減輕了由于臨空側(cè)懸頂導(dǎo)致的側(cè)向支承壓力和由于本工作面采空區(qū)懸頂導(dǎo)致的超前支承壓力，減輕了臨空巷道的壓力；水力致裂后堅(jiān)硬頂板能及時(shí)垮落，避免了大面積懸頂突然斷裂導(dǎo)致的沖擊地壓問題。對(duì)于防治沖擊礦壓、保護(hù)臨空巷道具有重要意義。其方法簡單，安全性好，操作簡單，使用方便，具有廣泛的實(shí)用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的水力致裂鉆孔布置平面示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的水力致裂鉆孔布置A-A剖面示意圖。
[0013]圖3是本發(fā)明的水力致裂鉆孔布置B-B剖面示意圖。
[0014]圖中:1-臨近工作面采空區(qū)，2-煤柱，3-臨空巷道，4-鉆孔，5-本工作面，6-頂板切割線，7-開槽或割縫，8-堅(jiān)硬巖層，9-臨近工作面采空區(qū)的懸頂，10-本工作面采空區(qū)的懸頂。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:本發(fā)明的控制臨空巷道強(qiáng)礦壓的方法，首先根據(jù)臨空巷道頂板地質(zhì)信息柱狀圖確定堅(jiān)硬巖層8，根據(jù)煤柱2寬度和堅(jiān)硬巖層8的層位設(shè)計(jì)鉆孔4的傾角和深度，鉆孔的間距為10-20m，鉆孔的終孔位置在堅(jiān)硬巖層8厚度的1/2處；分別控制側(cè)向支承壓力和超前支承壓力；按布設(shè)鉆孔4的傾角和深度在臨空巷道3中向堅(jiān)硬巖層8方向施工鉆孔4，鉆孔4深度直至堅(jiān)硬巖層8厚度的1/2處，鉆孔4施工完畢后，采用開槽鉆頭或割縫鉆頭對(duì)鉆孔孔底進(jìn)行預(yù)開槽或割縫7 ;通過高壓泵向各鉆孔4內(nèi)注水，壓力水進(jìn)入堅(jiān)硬巖層8沿預(yù)開槽或割縫內(nèi)滲透，將堅(jiān)硬頂板沿頂板切割線6的位置切斷。在鉆孔孔底預(yù)先開槽或割縫7，相鄰兩個(gè)鉆孔之間的開槽或割縫在同一平面上。通過多個(gè)鉆孔壓裂后的裂縫相互貫通，切斷臨近工作面采空區(qū)I上方的懸頂9和本工作面5采空區(qū)的懸頂10，從而減輕側(cè)向支承壓力和超前支承壓力對(duì)臨空巷道3的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制臨空巷道強(qiáng)礦壓。
[0016]實(shí)例1、某礦工作面煤層平均厚度15.49m，埋深377.6?519m。機(jī)采高度為3.9m，放煤高度為11.59m。工作面東部為實(shí)煤區(qū)；北部為采空區(qū)；西部為三條盤區(qū)大巷；南部為實(shí)體煤。工作面的老頂為粉細(xì)砂巖及含礫粗砂巖，灰白色含礫粗砂巖，成分以石英為主，次為長石、云母及暗色礦物，次棱角狀，分選性差，結(jié)構(gòu)較堅(jiān)硬。直接頂為粉砂巖及炭質(zhì)泥巖，粉砂巖具水平層理，夾有煤屑，炭質(zhì)泥巖呈塊狀，易污手，含植物莖葉化石?；夭蛇^程中，工作面臨空側(cè)巷道出現(xiàn)大變形和沖擊地壓。
[0017]根據(jù)煤層頂板的柱狀圖信息，確定堅(jiān)硬巖層8后，設(shè)計(jì)鉆孔4分別控制側(cè)向支承壓力和超前支承壓力，在臨空巷道3中向堅(jiān)硬巖層8方向施工鉆孔4，并在鉆孔4的孔底開槽或割縫7，然后通過水力致裂的方法，分別將臨近工作面采空區(qū)I上方的懸頂9和本工作面5采空區(qū)中的懸頂10切斷，從而減輕了由于臨空側(cè)懸頂導(dǎo)致的側(cè)向支承壓力和由于本工作面采空區(qū)懸頂導(dǎo)致的超前支承壓力，減輕了臨空巷道的壓力；而且水力致裂后堅(jiān)硬頂板及時(shí)垮落，避免了大面積懸頂突然斷裂導(dǎo)致的沖擊地壓問題。
【權(quán)利要求】
1.一種水力致裂控制臨空巷道強(qiáng)礦壓的方法，其特征在于，包括如下步驟: a.根據(jù)臨空巷道頂板地質(zhì)信息柱狀圖確定堅(jiān)硬巖層(8)，按照煤柱(2)的寬度和堅(jiān)硬巖層(8)的層位布設(shè)鉆孔(4)的傾角和深度，鉆孔的間距為10-20m，鉆孔的終孔位置在堅(jiān)硬巖層(8)厚度的1/2處； b.按布設(shè)鉆孔(4)的傾角和深度在臨空巷道(3)中向堅(jiān)硬巖層(8)方向施工鉆孔(4)，鉆孔深度直至堅(jiān)硬巖層(8)厚度的1/2處，之后，采用開槽鉆頭或割縫鉆頭對(duì)鉆孔孔底進(jìn)行預(yù)開槽或割縫(7)； c.通過高壓泵向各鉆孔(4)內(nèi)注水，壓力水進(jìn)入堅(jiān)硬巖層(8)沿預(yù)開槽或割縫內(nèi)滲透，對(duì)鉆孔進(jìn)行水力致裂，通過多個(gè)鉆孔壓裂后的裂縫相互貫通，切斷堅(jiān)硬巖層(8)在相鄰工作面采空區(qū)的懸頂(9)和在本工作面采空區(qū)的懸頂(10)，從而減輕側(cè)向支承壓力和超前支承壓力對(duì)臨空巷道(3)的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制臨空巷道強(qiáng)礦壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制臨空巷道強(qiáng)礦壓的方法，其特征在于:在鉆孔(4)孔底進(jìn)行預(yù)開槽或割縫(7)的相鄰兩個(gè)鉆孔之間的開槽或割縫在同一平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制臨空巷道強(qiáng)礦壓的方法，水壓裂縫能夠形成的弱化帶，弱化帶能有效吸收或減弱堅(jiān)硬頂板破斷等形成的沖擊應(yīng)力波，避免了大面積懸頂突然斷裂導(dǎo)致的沖擊地壓問題。
【文檔編號(hào)】E21F17/00GK103758570SQ201410016158
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】黃炳香, 陳樹亮, 馬劍 申請(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)