一種水力致裂控制臨空巷道強礦壓的方法
【專利摘要】一種水力致裂控制臨空巷道強礦壓的方法，首先根據(jù)采煤工作面地質信息柱狀圖，確定頂板堅硬巖層，然后設計控制鉆孔，分別控制超前支承壓力和側向支承壓力，鉆孔施工結束后，可在孔底進行開槽或割縫，以實現(xiàn)定向致裂的目的，然后實施水力致裂工藝，將堅硬頂板弱化或沿鉆孔定向預裂縫的位置切斷，實現(xiàn)應力轉移和圍巖弱化，從而減輕臨空巷道的側向與超前支承壓力，圍巖內部弱化帶能有效吸收或減弱沖擊應力波，避免堅硬頂板突然斷裂等導致的沖擊地壓等動力災害，控制臨空巷道的大變形。不僅適用于控制對具有堅硬頂板采煤工作面的臨空巷道的強礦壓，也適用于控制工作面回采與相鄰工作面巷道掘進交鋒等巷道的強礦壓。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礦壓的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制強礦壓的方法，尤其是一種適用于具有堅硬頂板采煤工作面的控制臨空巷道強礦壓的方法，也適用于工作面回采與相鄰工作面巷道掘進交鋒等巷道強礦壓顯現(xiàn)的控制。
【背景技術】
[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)煤層之上賦存有強度高、厚度大、整體性好的堅硬頂板。在開采具有堅硬頂板的煤層時，臨空巷道出現(xiàn)了強烈礦壓顯現(xiàn)(發(fā)生沖擊地壓等動力災害，或是巷道圍巖變形嚴重、有的變形量達到百分之五十維護成本過高甚至導致巷道報廢)。臨空巷道強礦壓顯現(xiàn)的原因:一、由于頂板堅硬，巷道鄰近采空區(qū)的懸頂寬度和面積大，巷道側向支承壓力影響范圍大、應力集中程度高，靜載導致巷道圍巖不穩(wěn)定，支護難度大、維護成本過高甚至難以維護。二、堅硬頂板不能及時垮落導致破斷步距大、頂板來壓強度大，從而導致工作面臨空巷道超前支護段的動載擾動影響大。三、強超前支承壓力和強側向支承壓力疊加導致臨空巷道發(fā)生沖擊地壓等動力災害，圍巖變形嚴重，礦壓顯現(xiàn)強烈，超前支護段變長。
[0003]由于具有堅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，從而導致臨空巷道圍壓壓力大，巷道變形劇烈，如果堅硬頂板突然斷裂還會導致沖擊地壓，給臨空巷道的安全性構成極大的威脅。傳統(tǒng)處理堅硬頂板的方法是采用炸藥爆破強制放頂，但是這種方法對于高瓦斯礦井來說，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)控制巷道強礦壓顯現(xiàn)的方法一方面是加強支護，另一方面是打鉆、開掘卸壓槽、人工爆破強制放頂或頂板預裂等應力轉移與卸除。加強支護，打鉆、開掘卸壓槽等轉移應力效果有限且成本高，爆破放頂存在頂板預裂范圍有限或爆破帶來的安全隱患(高瓦斯礦井和爆破動力擾動)問題。因此，急需研究新的更為安全高效的臨空巷道強礦壓顯現(xiàn)控制方法。

【發(fā)明內容】

[0004]技術問題:本發(fā)明的目的是克服已有技術中的不足之處，提供一種方法簡單、安全有效的控制臨空巷道強礦壓的方法。
[0005]技術方案:本發(fā)明的控制臨空巷道強礦壓的方法，包括如下步驟:
[0006]a.根據(jù)臨空巷道頂板地質信息柱狀圖確定堅硬巖層，按照煤柱的寬度和堅硬巖層布設鉆孔的傾角和深度，鉆孔的間距為10-20m，鉆孔的終孔位置在堅硬巖層厚度的1/2處；
[0007]b.按布設鉆孔的傾角和深度在臨空巷道中向堅硬巖層方向施工鉆孔，鉆孔深度直至堅硬巖層厚度的1/2處，之后，采用開槽鉆頭或割縫鉆頭對鉆孔孔底進行預開槽或割縫；
[0008]c.通過高壓泵向各鉆孔內注水，壓力水進入堅硬巖層沿預開槽或割縫內滲透，對鉆孔進行水力致裂，通過多個鉆孔壓裂后的裂縫相互貫通，切斷堅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，從而減輕側向支承壓力和超前支承壓力對臨空巷道的作用，進而實現(xiàn)控制臨空巷道強礦壓。
[0009]在鉆孔孔底進行預開槽或割縫的相鄰兩個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方案，本發(fā)明采用水力致裂控制臨空巷道強礦壓的顯現(xiàn)，輔助人工定向的措施，將堅硬頂板沿設計方位切斷，實現(xiàn)應力轉移和圍巖弱化，從而減輕了由于臨空側懸頂導致的側向支承壓力和由于本工作面采空區(qū)懸頂導致的超前支承壓力，減輕了臨空巷道的壓力；同時水力致裂后堅硬頂板及時垮落，且巷道圍巖弱化帶能有效吸收或減弱堅硬頂板破斷等形成的沖擊應力波，避免了大面積懸頂突然斷裂導致的沖擊地壓問題。有效控制了臨空巷道所帶來的強礦壓，不僅適用于控制對具有堅硬頂板采煤工作面的臨空巷道的強礦壓，也適用于控制工作面回采與相鄰工作面巷道掘進交鋒等巷道的強礦壓。本發(fā)明能有效控制堅硬頂板在相鄰工作面的采空區(qū)側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懸頂導致的側向支承壓力和由于本工作面采空區(qū)懸頂導致的超前支承壓力，減輕了臨空巷道的壓力；水力致裂后堅硬頂板能及時垮落，避免了大面積懸頂突然斷裂導致的沖擊地壓問題。對于防治沖擊礦壓、保護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。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述:本發(fā)明的控制臨空巷道強礦壓的方法，首先根據(jù)臨空巷道頂板地質信息柱狀圖確定堅硬巖層8，根據(jù)煤柱2寬度和堅硬巖層8的層位設計鉆孔4的傾角和深度，鉆孔的間距為10-20m，鉆孔的終孔位置在堅硬巖層8厚度的1/2處；分別控制側向支承壓力和超前支承壓力；按布設鉆孔4的傾角和深度在臨空巷道3中向堅硬巖層8方向施工鉆孔4，鉆孔4深度直至堅硬巖層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鉆孔孔底進行預開槽或割縫7 ;通過高壓泵向各鉆孔4內注水，壓力水進入堅硬巖層8沿預開槽或割縫內滲透，將堅硬頂板沿頂板切割線6的位置切斷。在鉆孔孔底預先開槽或割縫7，相鄰兩個鉆孔之間的開槽或割縫在同一平面上。通過多個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，從而減輕側向支承壓力和超前支承壓力對臨空巷道3的作用，進而實現(xiàn)控制臨空巷道強礦壓。
[0016]實例1、某礦工作面煤層平均厚度15.49m，埋深377.6?519m。機采高度為3.9m，放煤高度為11.59m。工作面東部為實煤區(qū)；北部為采空區(qū)；西部為三條盤區(qū)大巷；南部為實體煤。工作面的老頂為粉細砂巖及含礫粗砂巖，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，結構較堅硬。直接頂為粉砂巖及炭質泥巖，粉砂巖具水平層理，夾有煤屑，炭質泥巖呈塊狀，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，確定堅硬巖層8后，設計鉆孔4分別控制側向支承壓力和超前支承壓力，在臨空巷道3中向堅硬巖層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懸頂導致的側向支承壓力和由于本工作面采空區(qū)懸頂導致的超前支承壓力，減輕了臨空巷道的壓力；而且水力致裂后堅硬頂板及時垮落，避免了大面積懸頂突然斷裂導致的沖擊地壓問題。
【權利要求】
1.一種水力致裂控制臨空巷道強礦壓的方法，其特征在于，包括如下步驟: a.根據(jù)臨空巷道頂板地質信息柱狀圖確定堅硬巖層(8)，按照煤柱(2)的寬度和堅硬巖層(8)的層位布設鉆孔(4)的傾角和深度，鉆孔的間距為10-20m，鉆孔的終孔位置在堅硬巖層(8)厚度的1/2處； b.按布設鉆孔(4)的傾角和深度在臨空巷道(3)中向堅硬巖層(8)方向施工鉆孔(4)，鉆孔深度直至堅硬巖層(8)厚度的1/2處，之后，采用開槽鉆頭或割縫鉆頭對鉆孔孔底進行預開槽或割縫(7)； c.通過高壓泵向各鉆孔(4)內注水，壓力水進入堅硬巖層(8)沿預開槽或割縫內滲透，對鉆孔進行水力致裂，通過多個鉆孔壓裂后的裂縫相互貫通，切斷堅硬巖層(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)，從而減輕側向支承壓力和超前支承壓力對臨空巷道(3)的作用，進而實現(xiàn)控制臨空巷道強礦壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制臨空巷道強礦壓的方法，其特征在于:在鉆孔(4)孔底進行預開槽或割縫(7)的相鄰兩個鉆孔之間的開槽或割縫在同一平面上。
3.根據(jù)權利要求1所述的控制臨空巷道強礦壓的方法，水壓裂縫能夠形成的弱化帶，弱化帶能有效吸收或減弱堅硬頂板破斷等形成的沖擊應力波，避免了大面積懸頂突然斷裂導致的沖擊地壓問題。
【文檔編號】E21F17/00GK103758570SQ201410016158
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權日:2014年1月14日
【發(fā)明者】黃炳香, 陳樹亮, 馬劍 申請人:中國礦業(yè)大學