CN104594898A - 一种坚硬顶板注水卸压处理方法 - Google Patents

一种坚硬顶板注水卸压处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种坚硬顶板注水卸压处理方法，包括步骤：S1、根据岩层柱状图，结合岩石力学性质试验初步分析顶板离层裂隙产生的层位及发育情况；S2、在工作面由开切眼推进13m～17m时，沿工作面推进方向以一定角度向顶板打一排孔钻孔，利用钻孔摄像仪观测顶板岩层裂隙发育情况；S3、采用双端堵水器探测系统进一步掌握顶板裂隙发育情况；S4、根据上述三个步骤结果最终确定顶板岩层裂隙发育范围及深度；通过高压水泵向裂隙注入高压水，破坏坚硬顶板的整体性、降低岩体的强度；S5、待顶板前次卸压后，工作面继续推进，重复上述过程，直至工作面开采结束。本发明既能够精确定位待预裂顶板位置又能够充分借助顶板离层裂隙空间而无需人工增设预裂空间。

Description

一种坚硬顶板注水卸压处理方法
技术领域
本发明属于煤矿开采安全技术领域，涉及一种煤矿采场围岩控制技术，特别涉及一种坚硬顶板注水卸压处理方法。
背景技术
在我国，属于坚硬顶板的煤层约占三分之一左右，且分布在50％以上的矿区。坚硬顶板工作面悬顶大，矿压显现时间集中、强度大，对回采工作面构成极大威胁，而且可能诱发大的结构突变失稳，造成冲击地压等相关灾害，对煤层的安全开采构成巨大威胁。
坚硬顶板条件下，只有当工作面由开切眼推进30-40m甚至更大以后才会垮落，这种垮落具有突发性和不可预测性，对工作面破坏性极大，甚至摧垮工作面，造成巨大经济损失。
现有技术中对于坚硬顶板处理大致分为两类：一类通过爆破破坏坚硬顶板完整结构达到卸压目的。然而该类方案存在一个致命缺陷，即在高瓦斯矿井无法实现。另一类通过高压注水破坏坚硬顶板完整结构达到卸压目的，具体做法为：1、向预设深度顶板处打钻，更换钻头，开设楔形槽，封孔高压注水；2、通过钻孔进行水力割缝，增加预裂空间，封孔高压注水。
不难看出，以上两类处理方法均存在以下不足：1、人为选取预裂顶板位置，这种处理极易造成目标选取不准确，针对性不强，容易造成只是对部分顶板卸压，在工作面推进过程中仍有冲击危险的发生。2、在欲裂位置通过更换钻头人工开设预裂空间，进而通过高压注水达到泄压目的，这种处理工序繁琐，工作量大，实用性较差且与预期效果存在较大差距。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种坚硬顶板注水卸压处理方法，采用该卸压处理方法，既能够精确定位待预裂顶板位置，又能够充分借助顶板离层裂隙空间而无需人工增设预裂空间。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种坚硬顶板注水卸压处理方法，包括如下步骤：
S1、根据岩层柱状图，结合岩石力学性质试验初步分析顶板离层裂隙产生的层位及发育情况；
S2、在工作面由开切眼推进13m～17m时，沿工作面推进方向以一定角度向顶板打一排孔间距5m～8m的钻孔，首先利用钻孔摄像仪观测顶板岩层裂隙发育情况；
S3、采用双端堵水器探测系统进一步掌握顶板裂隙发育情况；
S4、根据步骤S1、S2和S3的结果最终确定顶板岩层裂隙发育范围及深度；通过高压水泵向裂隙注入高压水，破坏坚硬顶板的整体性、降低岩体的强度，一次卸压完成；
S5、待顶板前次卸压后，工作面继续推进，重复上述过程，直至工作面开采结束。
进一步，上述步骤S2中，在向顶板打钻孔时的角度范围在30°～70°。
进一步，上述步骤S4中，在向裂隙注入高压水时，采用一个钻孔注入高压水。
进一步，上述步骤S4中，在向裂隙注入高压水时，开设一组等间距平行钻孔，同步注水卸压。
本发明具有如下优点：
1、通过理论计算与现场探测相结合，精确定位待预裂坚硬顶板位置，向顶板较大离层空腔处实施有针对性的高压水力压裂技术，破坏了坚硬顶板的完整结构，促使坚硬顶板及时分层、分块垮落，在达到卸压目的的同时，避免了靠人为选取待预裂顶板的盲目性，同时极大减少了工作量，能保证了工作面的安全开采；
2、若顶板进坚硬岩层较厚，施加的水压还可致使后硬顶版分层，从而减小岩层的有效厚度，即岩梁的高度，进而达到卸压的目的。
附图说明
图1为本发明实施例中坚硬顶板注水卸压处理方法的流程示意图；
图2为本发明的实施例中工作面的综合柱状图；
图3为本发明的实施例中不同孔深段的液体流量图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
结合图1所示，一种坚硬顶板注水卸压处理方法，包括如下步骤：
第一步：选取某矿7605工作面为研究对象，工作面综合柱状图如图2所示，以岩石力学实验数据为依据，计算离层产生的层位，具体参数见表1。
表1 岩性参数
其中，直接顶离层层位计算按照公式(1)计算：
(wi+1)1＝E1h1 3(γ1h1+γi+1hi+1)/(E1h1 3+Ei+1hi+1 3)   (1)
其中，i取值分别为0、1、2。
经计算确定，第二、三岩层将产生离层即离层产生于1.43m孔深处。以第三岩层为初始岩层，判别基本顶产生离层层位。
其中，基本顶离层层位按照公式(2)计算：
(wi+3)3＝E3h3 3(γ3h3+γi+3hi+3)/(E3h3 3+Ei+3hi+3 3)   (2)
其中，i取值分别为0、1、2。
经计算，顶板第四、五岩层将产生离层即离层产生于12.53m孔深处。
第二步：根据第一步计算的深度在工作面推进距开切眼15m时，按一定角度向顶板打一排孔间距5m～8m的钻孔，并利用钻孔摄像仪观测离层裂隙发育情况，观测发现在孔深1.5m、13m这附近产生明显离层。
此处，在向顶板打钻孔时的角度范围在30°～70°，方便现场施工和钻孔摄像仪观测。
第三步：采用双端堵水器对钻孔进一步研究，探测相同时间内不同孔深段液体流量，观测发现，在孔深2m～3m及13m～15m处液体流量明显增大，观测结果见图3。
由此可进一步确定2m～3m及13m～15m处产生较大离层。
第四步：综合前三步最终确定向顶板13m离层裂隙处注入高压水对顶板进行预裂。
本例中，考虑到注水离层裂隙位于顶板13m处，厚度相对较小，在向裂隙注入高压水时，可以采用一个钻孔注入高压水，也可以开设一组等间距平行钻孔同步注水卸压。当预裂顶板厚度(≤15m)较小情况下，考虑到工程进度及经济因素，宜选用一个钻孔注水；反之，为使顶板充分预裂，更高效的解决预裂顶板，可选用一组等间距平行钻孔注水。
第五步：待顶板首次卸压后，工作面继续推进，重复上述过程，直至工作面开采结束。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (4)

1.一种坚硬顶板注水卸压处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据岩层柱状图，结合岩石力学性质试验初步分析顶板离层裂隙产生的层位及发育情况；
S2、在工作面由开切眼推进13m～17m时，沿工作面推进方向以一定角度向顶板打一排孔间距5m～8m的钻孔，首先利用钻孔摄像仪观测顶板岩层裂隙发育情况；
S3、采用双端堵水器探测系统进一步掌握顶板裂隙发育情况；
S4、根据步骤S1、S2和S3的结果最终确定顶板岩层裂隙发育范围及深度；通过高压水泵向裂隙注入高压水，破坏坚硬顶板的整体性、降低岩体的强度，一次卸压完成；
S5、待顶板前次卸压后，工作面继续推进，重复上述过程，直至工作面开采结束。
2.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板注水卸压处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，在向顶板打钻孔时的角度范围在30°～70°。
3.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板注水卸压处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，在向裂隙注入高压水时，采用一个钻孔注入高压水。
4.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板注水卸压处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，在向裂隙注入高压水时，开设一组等间距平行钻孔，同步注水卸压。
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