CN111173514A - 矿井工作面上隅角悬顶处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井施工技术领域，尤其涉及一种矿井工作面上隅角悬顶处理方法。该矿井工作面上隅角悬顶处理方法包括：在工作面回采形成的超前支承压力扰动前，预先在所述工作面的两侧回采巷道的顶板处分别布置两排钻孔；在每个所述钻孔内分别注入高压水对顶板岩层进行水力压裂，使所述顶板岩层产生裂缝并扩展。本发明提供的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，能够破坏工作面端头煤层上方顶板岩层的完整性，降低顶板岩体的强度，实现了高瓦斯矿井工作面上隅角悬顶采前稳定、采后及时冒落的目的，显著减小回采工作面上隅角悬顶面积，有效防止工作面上隅角瓦斯积聚超限，安全性更高。
Description
技术领域
本发明涉及矿井施工技术领域，尤其涉及一种矿井工作面上隅角悬顶处理方法。
背景技术
高瓦斯矿井综采工作面两侧端头上隅角悬顶面积过大，容易导致回风巷上隅角瓦斯积聚进而引起超限事故，会严重危害综采工作面的正常回采和安全生产。
目前，主要采用传统的滞后浅孔爆破或超前钻孔预裂爆破的方式弱化工作面上隅角顶板。然而，采用这种两种方式弱化顶板深度较浅，控制工作面端头三角区悬顶面积效果并不理想。其中，采用浅孔爆破弱化顶板时，施工工艺复杂，施工效率较低。采用超前钻孔预裂爆破弱化方式处理工作面的难垮顶板时，会导致局部CO积聚，还需采取防止瓦斯爆炸的措施，安全管理难度大，安全性相对较低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种矿井工作面上隅角悬顶处理方法，解决现有技术中高瓦斯矿井回采期间工作面上隅角悬顶面积过大，容易发生瓦斯超限，影响工作面安全回采的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种矿井工作面上隅角悬顶处理方法，包括：
S1、在工作面回采形成的超前支承压力扰动前，预先在所述工作面的两侧回采巷道的顶板处分别布置两排钻孔；
S2、在每个所述钻孔内分别注入高压水对顶板岩层进行水力压裂，使所述顶板岩层产生裂缝并扩展。
进一步地，在步骤S1中，两排所述钻孔包括一排第一钻孔和一排第二钻孔，各所述第一钻孔和各所述第二钻孔均沿所述回采巷道的长度方向延伸设置；所述第一钻孔穿过所述回采巷道的顶板后，所述第一钻孔的末端伸入至所述回采巷道的顶板岩层内部；所述第二钻孔穿过所述回采巷道的顶板与侧帮交接处后，所述第二钻孔的末端伸入至煤柱上方的顶板岩层内部。
具体地，各所述第一钻孔等间距设置，各所述第二钻孔等间距设置，各所述第一钻孔与各所述第二钻孔交错布置。
具体地，所述第一钻孔的深度大于所述第二钻孔的深度。
具体地，所述第一钻孔呈倾斜设置，所述第一钻孔的延伸方向与所述工作面的推进方向相反，并且所述第一钻孔朝向所述煤柱一侧倾斜；所述第一钻孔与所述回采巷道的轴线方向之间的夹角为5～10°，所述第一钻孔的仰角为50～70°。
具体地，所述第二钻孔呈倾斜设置，所述第二钻孔的延伸方向与所述工作面的推进方向相垂直，所述第二钻孔的仰角为50～70°。
具体地，所述第一钻孔的孔口设置在所述回采巷道的顶板上靠近所述煤柱的位置处。
具体地，相邻的两个所述第一钻孔之间的间距为10～20m；相邻的两个所述第二钻孔之间的间距为10～20m。
具体地，在步骤S2中，在所述钻孔内通过封孔器从所述钻孔的末端开始向所述钻孔的孔口后退式进行分段封闭后注入高压水。
进一步地，在步骤S1之前，还包括：
根据所述工作面的顶板垮落带高度和煤层上方坚硬顶板厚度，计算获得所述工作面的上隅角顶板岩层预裂弱化的高度。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明提供的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，通过在工作面回采形成的超前支承压前，预先在工作面的两侧回采巷道的顶板处分别布置两排钻孔，然后在每个钻孔内分别注入高压水对顶板岩层进行水力压裂，使顶板岩层产生裂缝并扩展，从而破坏工作面端头煤层上方顶板岩层的完整性，降低顶板岩体的强度，实现了高瓦斯矿井工作面上隅角悬顶采前稳定、采后及时冒落的目的，显著减小回采工作面上隅角悬顶面积，有效防止工作面上隅角瓦斯积聚超限，安全性更高。
附图说明
图1是本发明实施例矿井工作面上隅角悬顶处理方法中钻孔的布置图；
图2是本发明实施例矿井工作面上隅角悬顶处理方法中图1的A-A向剖视图；
图3是本发明实施例矿井工作面上隅角悬顶处理方法中图1的B-B向剖视图。
图中：1：工作面；2：回采巷道；201：顶板；202：侧帮；3：第一钻孔；4：第二钻孔；5：煤柱；6：工作面煤体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种矿井工作面上隅角悬顶处理方法，如图1至图3所示为采用本发明实施例所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法时，钻孔的布置图，图1和图3中的箭头方向分别表示工作面的推进方向。该方法具体包括如下步骤：
S1、在工作面1回采形成的超前支承压力扰动前，预先在工作面1的两侧回采巷道2顶板处分别布置两排钻孔。
S2、在每个钻孔内分别注入高压水对顶板岩层进行水力压裂，使顶板岩层产生裂缝并扩展。
也即，本发明实施例所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，通过在工作面1的两侧回采巷道2的顶板处预先布置两排钻孔，然后对每个钻孔分别注入高压水，从而对顶板岩层进行水力压裂，使顶板岩层产生裂缝并扩展，从而破坏工作面端头煤层上方顶板岩层的完整性，降低顶板岩体的强度，实现了高瓦斯矿井工作面上隅角悬顶采前稳定、采后及时冒落的目的，显著减小回采工作面上隅角悬顶面积，有效防止工作面上隅角瓦斯积聚超限，安全性更高。
具体来说，如图2所述，设置在工作面煤体6的左侧回采巷道2的顶板处的两排钻孔与设置在工作面煤体6的右侧回采巷道2的顶板处的两排钻孔之间对称布置。
在本发明的进一步实施例中，两排钻孔包括一排第一钻孔3和一排第二钻孔4，各第一钻孔3沿回采巷道2的长度方向延伸设置，各第二钻孔4沿回采巷道2的长度方向延伸设置。
其中，第一钻孔3穿过回采巷道2的顶板201后，第一钻孔3的末端伸入至回采巷道2的顶板岩层内部。通过设置第一钻孔3，能够对工作面1的上隅角顶板岩层进行预裂弱化。
其中，第二钻孔4穿过回采巷道2的顶板201与侧帮202交接处后，第二钻孔4的末端伸入至煤柱5上方的顶板岩层内部。通过设置第二钻孔4，能够对工作面1的两侧端头悬臂梁断裂区域岩层进行预裂弱化。
具体来说，各第一钻孔3等间距设置，各第二钻孔4等间距设置，各第一钻孔3与各第二钻孔4交错布置。并且，第一钻孔3的深度大于第二钻孔4的深度。也即，两排钻孔按照深浅交错的方式布置，从而在进行水力压裂后，能够更好的达到矿井工作面上隅角悬顶采前稳定、采后及时冒落的目的。
在本发明的具体实施例中，第一钻孔3的孔口设置在回采巷道2的顶板201上靠近煤柱5的位置处。第一钻孔3呈倾斜设置，第一钻孔3的延伸方向与工作面1的推进方向相反，并且第一钻孔3朝向煤柱5一侧倾斜。其中，第一钻孔3与回采巷道2的轴线方向之间的夹角α为5～10°，第一钻孔3的仰角β为50～70°。第一钻孔3的这种倾斜设置方式，能够对工作面1的上隅角顶板岩层进行更好的预裂弱化。
在本发明的具体实施例中，第二钻孔4呈倾斜设置，第二钻孔4的延伸方向与工作面1的推进方向相垂直，第二钻孔4的仰角δ为50～70°。第二钻孔4的这种倾斜设置方式，能够对工作面1的两侧端头悬臂梁断裂区域岩层进行更好的预裂弱化。
具体来说，相邻的两个第一钻孔3之间的间距为10～20m。相邻的两个第二钻孔4之间的间距为10～20m。第一钻孔3和第二钻孔4的直径均为56～75mm。
在本发明的具体实施例中，在步骤S2中，对每个钻孔进行水力压裂的具体方式为：在钻孔内通过封孔器从钻孔的末端开始向钻孔的孔口后退式进行分段封闭后注入高压水，从而实现对顶板岩层的水力压裂，进而破坏工作面端头煤层上方顶板岩层的完整性，降低顶板岩体的强度。水力压裂至顶板支护范围以外岩层后即可停止。
也即，采用后退式分层预裂的方式，能够将煤层上方岩层预裂弱化范围控制在回采巷道2的顶板支护范围以外的岩层中，最大限度的减小预裂施工对顶板围岩支护承载结构承载能力的损伤，保证回采期间超前工作面区域顶板安全。
在本发明的进一步实施例中，在步骤S1之前，还包括：根据工作面1的顶板垮落带高度和煤层上方坚硬顶板厚度，计算获得工作面1的上隅角顶板岩层预裂弱化的高度。通过获取工作面1的上隅角顶板岩层预裂弱化的高度，能够在后续布置钻孔时，为钻孔的布置角度和布置深度提供理论依据。
也即，在工作面1的两侧回采巷道2的顶板处预先布置钻孔时，钻孔的布置深度和布置角度，会根据工作面1的实际顶板垮落带高度和煤层上方坚硬顶板厚度的实际情况而定。例如，在一种具体实施例中，可以将第一钻孔3的深度设置为35～60m，可以将第二钻孔4的深度设置为16～30m。
采用本发明实施例所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，在对煤层上方岩层进行水力压裂后，等待工作面1的回采超前支承压力扰动影响，当进入回采动压影响范围后，煤层上方已经预裂弱化后的岩层反复受高集中应力加载影响，已有裂隙二次扩展以及新裂隙不断产生，导致岩体产生剪胀变形、破坏，当受单体支柱或超前支架保护的上隅角悬顶一旦进入采空区撤除临时支护后，即可实现及时冒落，从而有效避免上隅角悬顶面积过大引起瓦斯超限的安全事故，安全性更高。
综上所述，本发明实施例所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，实现了高瓦斯矿井工作面上隅角悬顶采前稳定、采后及时冒落的目的，显著减小回采工作面上隅角悬顶面积，有效防止工作面上隅角瓦斯积聚超限，提高了高瓦斯矿井的安全性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种矿井工作面上隅角悬顶处理方法，其特征在于，包括：
S1、在工作面回采形成的超前支承压力扰动前，预先在所述工作面的两侧回采巷道的顶板处分别布置两排钻孔；
S2、在每个所述钻孔内分别注入高压水对顶板岩层进行水力压裂，使所述顶板岩层产生裂缝并扩展。
2.根据权利要求1所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，其特征在于，在步骤S1中，两排所述钻孔包括一排第一钻孔和一排第二钻孔，各所述第一钻孔和各所述第二钻孔均沿所述回采巷道的长度方向延伸设置；所述第一钻孔穿过所述回采巷道的顶板后，所述第一钻孔的末端伸入至所述回采巷道的顶板岩层内部；所述第二钻孔穿过所述回采巷道的顶板与侧帮交接处后，所述第二钻孔的末端伸入至煤柱上方的顶板岩层内部。
3.根据权利要求2所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，其特征在于，各所述第一钻孔等间距设置，各所述第二钻孔等间距设置，各所述第一钻孔与各所述第二钻孔交错布置。
4.根据权利要求2所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，其特征在于，所述第一钻孔的深度大于所述第二钻孔的深度。
5.根据权利要求2所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，其特征在于，所述第一钻孔呈倾斜设置，所述第一钻孔的延伸方向与所述工作面的推进方向相反，并且所述第一钻孔朝向所述煤柱一侧倾斜；所述第一钻孔与所述回采巷道的轴线方向之间的夹角为5～10°，所述第一钻孔的仰角为50～70°。
6.根据权利要求2所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，其特征在于，所述第二钻孔呈倾斜设置，所述第二钻孔的延伸方向与所述工作面的推进方向相垂直，所述第二钻孔的仰角为50～70°。
7.根据权利要求2所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，其特征在于，所述第一钻孔的孔口设置在所述回采巷道的顶板上靠近所述煤柱的位置处。
8.根据权利要求2所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，其特征在于，相邻的两个所述第一钻孔之间的间距为10～20m；相邻的两个所述第二钻孔之间的间距为10～20m。
9.根据权利要求1所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，其特征在于，在步骤S2中，在所述钻孔内通过封孔器从所述钻孔的末端开始向所述钻孔的孔口后退式进行分段封闭后注入高压水。
10.根据权利要求1所述的矿井工作面上隅角悬顶处理方法，其特征在于，在步骤S1之前，还包括：
根据所述工作面的顶板垮落带高度和煤层上方坚硬顶板厚度，计算获得所述工作面的上隅角顶板岩层预裂弱化的高度。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200519 |