[發明專利]一種對煤層堅硬頂板控制放頂的方法

有效

• 申請號: 201410131025.5
• 申請日: 2014-04-03
• 公開（公告）號: CN103953343A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 馮子軍;趙陽升;劉正和;呂兆興;徐素國;康志勤;段東
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21C41/16
• 分類號: E21C41/16
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 楊耀田

技術領域

本發明涉及煤礦采場及巷道圍巖控制技術，特別涉及一種煤層堅硬頂板控制放頂的方法。

背景技術

當所開采的煤層頂板為堅硬巖層、或者一定高度內賦存有大厚度完整堅硬巖層、或者煤層頂煤厚度大且堅硬時，在工作面初采及工作面正常回采時，會出現煤層上方堅硬頂板在采空區上方懸頂不冒、頂煤難放的現象，這時采空區周圍煤體內積聚了大量彈性能量，不僅影響采空區附近煤體中巷道的穩定性，而且一旦冒落，極易壓壞支架，造成井下風流紊亂，形成颶風，地面突然大面積塌陷，甚至引起人員傷亡。例如某礦淺埋煤層，頂板屬亞堅硬頂板，但分層厚度大，工作面推進70m時發生初次來壓，出現由工作面到地表的覆巖全厚切落，工作面支柱被壓彎，出現颶風，風流逆行，從副平硐冒出黑煙，在地表形成地塹。

公知的煤層堅硬頂板控制放頂方法有在煤層堅硬頂板上施工鉆孔，然后在鉆孔中實施水力壓裂或裝入炸藥進行爆破或裝入化學膨脹劑進行靜態爆破等。這些方法能在一定條件下取得一些效果，但也存在不足，如水力壓裂所形成的裂縫受地應力控制，因此，水力壓裂時需考慮切頂位置與地應力間的空間關系；裝藥爆破方法存在動力大，可控性差，有污染等問題，不適用于瓦斯含量高的煤層和巖層，如采空區或高瓦斯煤層等；靜態爆破主要存在可控性差、成本高等缺點。

發明內容

本發明的目的旨在克服現有技術的缺點，提供一種對煤層堅硬頂板控制放頂的方法，解決現有堅硬頂板控制放頂方法受地應力影響、可控性差、有污染、不適用于高瓦斯煤層的技術問題。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種對煤層堅硬頂板控制放頂的方法，包括：向煤層頂板內施工鉆孔，在鉆孔中實施水力壓裂，其特征在于：所述的控制放頂方法的具體步驟是：

①初采階段沿綜采工作面開切眼、初采及正常回采階段沿工作面回風順槽和運輸順槽靠近煤柱一側，向煤層頂板巖層施工鉆孔；

②沿所述鉆孔進行水力割縫，割縫方向分別與所述開切眼、所述回風順槽、所述運輸順槽的走向一致；

③割縫完成后，在所述鉆孔的兩端進行封孔，并在所述鉆孔中實施水力壓裂，使相鄰所述鉆孔中產生的壓裂裂縫連通。

進一步，在步驟①中，對于單一堅硬巖層頂板而言，所述的煤層頂板巖層由直接頂和老頂構成；對于復合堅硬巖層頂板而言，所述的煤層頂板巖層由直接頂和由多層堅硬、軟弱巖層分層組成的老頂構成。

進一步，在步驟①中，沿綜采工作面的開切眼向煤層頂板巖層施工鉆孔，是在開切眼施工完畢后、工作面煤壁開采前，在液壓支架后方位置的頂板巖層上，沿垂直于工作面推進方向施工一排斜向工作面煤壁的鉆孔；沿工作面回風順槽和運輸順槽向煤層頂板巖層施工鉆孔，是超前工作面煤壁一段距離、在靠近煤柱的巷道外側的頂板巖層上，施工一排斜向工作面前方實體煤的鉆孔；對于單一堅硬巖層頂板而言，鉆孔穿越煤層上方的直接頂，到達老頂與上覆巖層交界面處，對于復合堅硬巖層頂板而言，鉆孔穿越煤層上方的直接頂、老頂堅硬巖層分層、老頂軟弱巖層分層，到達老頂最上方一層堅硬巖層分層邊界；相鄰鉆孔的間距為1～20m，鉆孔的深度為10～50m，鉆孔軸線方向與頂板垂線方向夾角為1～45°。

進一步，在步驟②中，對于單一堅硬巖層頂板而言，所述的水力割縫是在開切眼內所有鉆孔施工完畢后，工作面開采前，沿所有鉆孔軸向從距孔底1m處開始，采用后退方式通過高壓水射流向鉆孔兩邊對稱實施水力割縫；所述的水力割縫是在回風順槽和運輸順槽內的鉆孔施工完畢后，自開切眼上下端頭處開始，采用后退方式通過高壓水射流向回風順槽和運輸順槽內的鉆孔兩邊對稱實施水力割縫；割縫至距老頂與直接頂交界面以上沿鉆孔軸向1m處停止，鉆孔兩邊的割縫深度分別大于10mm，割縫寬度分別大于10mm。

進一步，在步驟②中，對于復合堅硬巖層頂板而言，將老頂內堅硬巖層分層沿鉆孔軸向從鉆孔底部至孔口分段，即第一段、第二段、……，所述的水力割縫是在開切眼內所有鉆孔施工完畢后，工作面開采前，對所有鉆孔實施分段水力割縫，即在各個老頂堅硬巖層分層內實施水力割縫，第一段割縫沿鉆孔軸向從距最上層老頂堅硬巖層分層邊界，采用后退方式通過高壓水射流向鉆孔兩邊對稱實施水力割縫，至距最上層老頂堅硬巖層下部邊界以上1m處止；其它段老頂堅硬巖層分層內的水力割縫均按此方法進行；鉆孔兩邊的割縫深度分別大于10mm，割縫寬度分別大于10mm。