[發明專利]一種堅硬煤層頂板時空協同控制弱化方法

有效

• 申請號: 201810033695.1
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108252715B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 翟成;徐吉釗;孫勇;郭繼勝;馬征;馬會騰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21C37/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

本發明公開了一種堅硬煤層頂板時空協同控制弱化方法，該方法包括：首先在回風巷道頂板上沿煤層工作面推進方向順序鉆取若干個超前弱化致裂鉆孔組，其中每個超前弱化致裂鉆孔組內均包括沿煤層工作面推進方向依次布置的第一排致裂鉆孔、第二排致裂鉆孔和第三排致裂鉆孔，三排致裂鉆孔均朝采空區方向傾斜不同角度；煤層工作面推進至超前弱化致裂鉆孔組位置時，依次向三排致裂鉆孔填裝靜態破碎劑藥卷，實現頂板巖層的逐級致裂弱化。該方法通過利用自由面制造臨空面或弱化層來充分發揮藥卷的最佳效果，做到“逐級弱化+整體斷裂”，實現頂板不同傾斜角度鉆孔的時空協同致裂，提高頂板垮落效率。該方法操作簡單，致裂效果較好。

技術領域

本發明涉及到一種堅硬煤層頂板時空協同控制弱化方法，尤其適用于無自由空間的堅硬頂板巖層的高效致裂作業中，實現時空協同控制弱化的目的。

背景技術

堅硬頂板垮落是預防上隅角瓦斯異常積聚、減少上覆巖層應力突發集中的有效措施之一，而堅硬致密頂板巖層的整體性和高強度等特點常為煤層回采時頂板快速垮落帶來了諸多阻礙。常規的頂板致裂措施主要包括高壓水力壓裂和深孔爆破技術，均是采用高壓水或乳化炸藥對頂板巖層進行致裂，但是依然存在著一些不足，比如，高壓水力壓裂技術需要依靠高壓水作為媒介，這對鉆孔密封性和壓裂設備要求極高，操作流程較為復雜，成本較大；深孔爆破技術則是難以保證所有的乳化炸藥得到有效引爆，且爆炸引起的沖擊波很容易引起地層應力擾動，這些限制均限制煤層開采的安全性。

靜態爆破技術以靜態破碎劑藥卷作為媒介，依靠藥卷遇水反應產生的持續高膨脹應力，從而達到弱化致裂頂板巖層的目的。常見方式是對鉆取的大量垂直鉆孔進行交替裝藥，一方面鉆孔施工量較大，前提成本較大；另一方面交替裝藥的方式極容易造成廢孔，且很難提供有效的卸壓空間，導致弱化致裂效果較差。針對上述存在的問題，需要根據靜態破碎劑藥卷的應力特性，創造有效的自由面，增加明顯的卸壓區域和空間，一方面可以充分發揮靜態破碎劑藥卷的持續高應力，另一方面還可節省大量的鉆孔作業量，最終實現堅硬頂板巖層的整體可控弱化。

發明內容

發明目的：本發明的目的是要克服已有技術中的不足之處，提供一種操作簡單、施工方便，真正做到堅硬頂板巖層的時空協同可控弱化致裂方法。

為了實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案：一種堅硬煤層頂板時空協同控制弱化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

超前鉆孔：在回風巷道頂板上沿煤層工作面推進方向順序鉆取若干個超前弱化致裂鉆孔組，超前弱化致裂鉆孔穿過直接頂達到老頂，每個超前弱化致裂鉆孔組均包括沿煤層工作面推進方向依次布置的第一排致裂鉆孔、第二排致裂鉆孔和第三排致裂鉆孔，第一排致裂鉆孔、第二排致裂鉆孔和第三排致裂鉆孔均朝采空區方向傾斜，第一排致裂鉆孔傾斜角度為α，第二排致裂鉆孔傾斜角度為β，第三排致裂鉆孔傾斜角度為γ，α<β<γ；

逐級弱化致裂：當煤層工作面向前推進到超前弱化致裂鉆孔組的位置時，依次向第一排致裂鉆孔、第二排致裂鉆孔和第三排致裂鉆孔內填裝靜態破碎劑藥卷，在靜態破碎劑藥卷作用下，實現超前弱化致裂鉆孔組周圍巖層的逐級致裂弱化，進而實現回風巷道頂板的斷裂跨落。

進一步的，超前鉆孔步驟中，相鄰兩個超前弱化致裂鉆孔組間的間距為1～1.2m；第一排致裂鉆孔、第二排致裂鉆孔和第三排致裂鉆孔間的間距為1～1.2m；第一排致裂鉆孔、第二排致裂鉆孔和第三排致裂鉆孔的孔徑均為40～60mm、孔深均為2～3m、孔間距為0.5～0.8m。

進一步的，超前鉆孔步驟中，α為30°，β為45°，γ為60°。