CN111305876A - 深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿巷道围岩控制领域，提供深部巷道锚固‑劈裂注浆‑水力压裂卸压协同控制方法。包括：对待掘巷道围岩进行地质力学测试，获得地质力学参数；沿待掘巷道围岩打设注浆孔，在注浆孔内进行劈裂注浆，使浆液劈裂围岩中的弱面，并进入待掘巷道围岩的裂隙，形成主动改性区域；沿待掘巷道迎头方向掘进一段距离，形成一段新掘巷道；在该新掘巷道的顶板和侧帮打设锚孔，通过高强度锚杆和/或锚索在锚孔内搅拌锚固剂锚固，并施加与其匹配的预应力；在待掘巷道掘进完成后、回采工作面回采前，在巷道顶板布置卸压钻孔，基于获得的地质力学参数选择压裂层位实施水力压裂卸压。本发明能够控制深部煤矿高应力软岩、工作面采动影响巷道围岩的大变形。

Description

深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法

技术领域

本发明涉及煤矿巷道围岩控制技术领域，涉及一种深部高应力软岩强采动巷道围岩大变形控制方法，尤其涉及一种深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法。

背景技术

深地资源开发是我国未来科技发展的重要方向，深部煤炭资源安全高效开采是煤炭行业必须攻克的关键技术。我国埋深1000m以下的煤炭资源非常丰富，主要分布在中东部地区。该地区的大部分煤矿已进入深部开采，最大开采深度超过1500m，带来一系列开采与岩层控制难题。为保证我国煤炭工业的可持续发展、国家能源安全及中东部经济发达地区的能源供给，千米深井煤炭资源安全高效开发势在必行。

与浅部煤矿相比，千米深井最大的特点是地应力高、采动影响强烈。已有的地应力测量数据表明，有些千米深井的最大主应力超过40MPa，明显高于煤层和一些岩石的单轴抗压强度，致使围岩变形与破坏特征发生显著变化，突出表现为流变性、扩容性和冲击性。巷道开挖后即表现为变形大、持续时间长、稳定性差，受到工作面采动影响后，围岩变形与破坏进一步加剧，甚至出现冒顶、冲击地压等灾害。

国外方面，德国煤矿最大开采深度达到1750m，采用U型钢可缩性拱形支架、锚杆支护联合架后充填的围岩控制技术，在鲁尔、萨尔、亚琛矿区得到成功应用。该技术在我国安徽新集矿区也进行了井下试验。其显著特点是要求巷道断面大(平均30m²)、工艺复杂、支护成本高昂，国内煤矿无法承受。美国、澳大利亚等世界主要产煤国家井工煤矿开采深度大多小于600m，地应力较低、采动影响较小，巷道普遍采用锚杆支护，围岩相对易于控制。强采动巷道进行柱式、垛式支架加强支护。该技术也不适合我国深部煤矿。目前还没有任何一种支护方式能够彻底解决深部强采动巷道围岩大变形控制难题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，以控制深部煤矿高应力软岩、工作面采动影响巷道围岩的大变形。

根据本发明实施例的深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，包括如下步骤：

S1、对待掘巷道围岩进行地质力学测试，获得待掘巷道围岩的地质力学参数；

S2、基于S1获得的地质力学参数，沿待掘巷道围岩打设注浆孔，在注浆孔内进行劈裂注浆，使浆液劈裂围岩中的弱面，并进入注浆孔对应范围的待掘巷道围岩的裂隙，形成主动改性区域；

S3、朝向待掘巷道迎头方向掘进一段距离，形成一段新掘巷道，所述主动改性区域构成该段新掘巷道的顶板和/或侧帮；

S4、在该段新掘巷道的顶板和侧帮内打设锚孔，通过高强度锚杆和/或锚索在锚孔内搅拌锚固剂锚固，并施加与其匹配的预应力；

S5、重复S2-S4直至待掘巷道掘进完成，在待掘巷道掘进完成后、回采工作面回采前，在巷道顶板布置卸压钻孔，基于S1获得的地质力学参数选择压裂层位实施水力压裂卸压。

根据本发明的一个实施例，步骤S1中，所述对待掘巷道围岩进行地质力学测试，具体包括：采用水压致裂法井下实测待掘巷道围岩地应力大小和方向，采用钻孔触探法原位实测待掘巷道围岩强度，采用钻孔窥视仪对待掘巷道顶板、两侧的侧帮进行煤岩体结构测量，获得所述待掘巷道围岩的地质力学参数。

根据本发明的一个实施例，步骤S2中，所述沿待掘巷道的软弱围岩打设注浆孔，具体为在待掘巷道未掘进前，超前于待掘巷道迎头，沿待掘巷道的软弱围岩打设注浆孔。

根据本发明的一个实施例，步骤S2中，所述沿待掘巷道的软弱围岩打设注浆孔，在注浆孔内进行劈裂注浆，具体包括：沿待掘巷道的软弱围岩迎头朝向待掘巷道倾斜钻设注浆孔，采用高压注浆泵、高压封孔器在注浆孔内进行高压劈裂注浆。

根据本发明的一个实施例，所述高压注浆泵的额定压力采用30MPa以上。

根据本发明的一个实施例，步骤S3中，所述朝向待掘巷道迎头方向掘进一段距离后，利用后部运输装置将形成一段新掘巷道产生的破碎煤岩运输出去。

根据本发明的一个实施例，步骤S5中，所述压裂层位为巷道顶板上方的坚硬岩层。

根据本发明的一个实施例，步骤S5中，所述在巷道顶板布置卸压钻孔，具体包括：分别在巷道内护巷煤柱侧和回采工作面侧向斜上方各布置1排卸压钻孔。

根据本发明的一个实施例，步骤S4中，所述锚杆的屈服强度在500MPa以上。

根据本发明的一个实施例，基于S1获得的待掘巷道围岩的地质力学参数，若待掘巷道围岩相对完整，则先执行步骤S3，然后执行步骤S4，再执行步骤S2。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明实施例的深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，采用上述协同控制方法，锚固支护与注浆改性在巷道掘进期间进行，劈裂注浆改性为锚固支护提供锚固基础，锚固支护在注浆改性后的围岩形成预应力承载结构，锚固支护与劈裂注浆改性加固协同作用，控制巷道近场围岩变形；水力压裂卸压在回采工作面回采前进行，降低回采工作面回采采动应力，减小巷道围岩受采动应力引起的变形，三者在时间和空间上协同控制巷道围岩的大变形。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法的流程图；

图2为本发明实施例的深部强采动巷道空间布置的水平截面俯视示意图；

图3为图2中的A-A截面剖视示意图；

图4为本发明实施例的劈裂注浆改性孔的空间布置示意图；

图5为本发明实施例的劈裂注浆改性孔的空间布置俯视示意图；

图6为本发明实施例的水力压裂卸压孔的平面布置示意图；

图7为图6中的B-B剖视示意图；

图8为图6中的C-C剖视示意图。

附图标记：

1-运输巷，2-运输巷护巷煤柱，3-回采工作面，4-回风巷，5-回风巷护巷煤柱，6-回采工作面采空区，7-第一相邻工作面采空区，8-第二相邻工作面采空区，9-巷道围岩弱面或裂隙，10-锚杆与锚索，11-主动改性区域，12-水力压裂位置，13-第一劈裂注浆改性孔，14-第二劈裂注浆改性孔，15-第一水力压裂卸压孔，16-第二水力压裂卸压孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，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实施例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。

本发明实施例应用于深部高应力软岩强采动巷道围岩大变形控制方法。

需要说明的是，本发明所说的“高应力软岩”是指18MPa以上地应力条件下的泥岩、砂质泥岩等软弱岩体。

如图1所示，本发明实施例提供了一种深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，包括如下步骤：

S1、对待掘巷道围岩进行地质力学测试，包括对待掘巷道围岩进行地应力、煤岩体强度和结构原位测试等，获得待掘巷道围岩的地质力学参数。

S2、基于S1获得的地质力学参数，沿待掘巷道围岩打设注浆孔，注浆孔需达到一定深度，满足一段时间(例如1天)内巷道掘进进尺需求，在注浆孔内进行劈裂注浆，使浆液劈裂围岩中的弱面，并进入注浆孔对应范围的待掘巷道围岩的原生裂隙与劈裂裂隙，形成主动改性区域，实现主动改性，以提高巷道侧帮和/或顶板围岩的强度、完整性及锚杆、锚索锚固力，控制巷道侧帮和/或顶板变形，提高巷道侧帮对顶板的支撑能力。

S3、朝向待掘巷道迎头方向掘进一段距离，形成一段新掘巷道，所述主动改性区域构成该段新掘巷道的顶板和/或侧帮，也就是说，新掘巷道开挖完成后与主动改性区域连通，主动改性区域形成在新掘巷道的薄弱位置例如围岩比较破碎的区域，如果根据S1测试得到的地质力学结果显示新掘巷道的顶板为薄弱位置，则主动改性区域形成在新掘巷道的顶板，如果根据S1测试得到的地质力学结果显示新掘巷道的侧帮为薄弱位置，则主动改性区域形成在新掘巷道的侧帮，当然，如果根据S1测试得到的地质力学结果显示新掘巷道的顶板和侧帮为薄弱位置，则主动改性区域形成在新掘巷道的顶板和侧帮；此处，“待掘巷道迎头方向”是指朝向待掘巷道开挖煤层的方向。

S4、在该段新掘巷道的顶板和侧帮内打设锚孔，也就是在新掘巷道除了底板之外的其他面均打设锚孔，通过锚杆和/或锚索在锚孔内搅拌锚固剂例如树脂锚固剂锚固，并施加与其匹配的预应力，以减小围岩浅部偏应力和应力梯度，抑制锚固区内围岩不连续、不协调的扩容变形，减小围岩强度的降低，在围岩中形成预应力承载结构，实现主动支护。

S5、重复S2-S4步骤直至待掘巷道掘进完成，例如待掘巷道共2000米长，根据每天掘进10米的速度，直至2000米的待掘巷道掘进完成，在待掘巷道掘进完成后、回采工作面回采前，在巷道顶板布置卸压钻孔，基于S1获得的地质力学参数选择压裂层位实施水力压裂卸压，以减小巷道侧方悬顶和采空区后方悬顶，并产生新裂隙，激活原生裂隙，降低回采工作面回采时采动应力量值和范围，实现主动卸压，完成巷道支护-改性-卸压协同控制。本实施例基于深部强采动巷道围岩地质力学测试结果，利用高强度高预应力锚杆锚索锚固主动支护、劈裂注浆主动改性、水力压裂主动卸压方法在时间和空间上协同作用，不仅对巷道围岩进行支护与加固，同时降低巷道围岩采动应力。

需要说明的是，“待掘巷道”是指需要掘进但是还未掘进的巷道，“新掘巷道”是指已经掘进的巷道。

可以理解的是，待掘巷道是需要一段一段掘进的，具体可以根据每天制定掘进量例如一天掘进10米，这样的话，在打设注浆孔时，注浆孔的长度可以对应每天待掘进的巷道距离。

此外还需要说明的是，深部强采动巷道为受到2次及以上回采工作面采动影响的煤巷。如沿空掘巷、沿空留巷、同一采区顺序开采时相邻回采工作面的临近煤巷等。

值得一提的是，劈裂注浆改性为浆液在高压作用下主动劈裂煤岩层中的弱面，进入围岩原生裂隙及劈裂产生的微裂隙，主动提高锚杆锚索的锚固力及围岩强度与完整性。主动卸压为在回采工作面回采前，预先在巷道上方坚硬顶板层位水力压裂，主动降低回采工作面回采引起的采动应力，进而减小对巷道围岩变形的影响。

本实施例锚固支护与注浆改性在巷道掘进期间进行，劈裂注浆改性为锚固支护提供锚固基础，锚固支护在注浆改性后的围岩形成预应力承载结构，锚固支护与劈裂注浆改性加固协同作用，控制巷道近场围岩变形；水力压裂卸压在回采工作面回采前进行，降低回采工作面回采采动应力，减小巷道围岩受采动应力引起的变形，三者在时间和空间上协同控制巷道围岩的大变形。

进一步地，本实施例在巷道掘进期间采用高预应力锚杆锚索锚固主动支护、劈裂注浆主动改性，劈裂注浆主动改性为锚杆锚索锚固支护提供锚固基础，锚杆锚索锚固支护在围岩形成预应力承载结构，锚杆锚索锚固支护与劈裂注浆主动改性加固协同作用，控制巷道近场围岩变形。在回采工作面回采前，采用水力压裂在巷道上方顶板坚硬岩层主动卸压，减小巷道侧方悬顶和采空区后方悬顶，并在坚硬岩层中产生新裂隙，激活原生裂隙，降低回采工作面回采时采动应力量值和范围，减小巷道围岩受采动应力引起的变形，三者在时间和空间上协同作用，以控制深部强采动巷道围岩大变形。较传统的深部巷道围岩单一支护或支护-改性控制方法，提高了控制效果，且工艺简单，不影响巷道掘进速度与回采工作面正常回采。

根据本发明的一个实施例，步骤S1中，所述对待掘巷道围岩进行地质力学测试，具体包括：采用水压致裂法井下实测待掘巷道围岩地应力大小和方向，采用钻孔触探法原位实测待掘巷道围岩强度，采用钻孔窥视仪对待掘巷道顶板、两侧的侧帮进行煤岩体结构测量，获得所述待掘巷道围岩的地质力学参数。

根据本发明的一个实施例，步骤S2中，所述沿待掘巷道的软弱围岩打设注浆孔，具体为在待掘巷道未掘进前，超前于待掘巷道迎头，沿待掘巷道的围岩打设注浆孔，提前对巷道侧帮煤体进行劈裂注浆改性，使浆液劈裂围岩中的弱面，并进入围岩原生裂隙与劈裂裂隙。

根据本发明的一个实施例，步骤S2中，所述沿待掘巷道的软弱围岩打设注浆孔，在注浆孔内进行劈裂注浆，具体包括：沿待掘巷道的软弱围岩迎头朝向待掘巷道倾斜钻设注浆孔，采用高压注浆泵、高压封孔器在注浆孔内进行高压劈裂注浆。

根据本发明的一个实施例，所述高压注浆泵的额定压力采用30MPa以上。

根据本发明的一个实施例，步骤S3中，所述朝向待掘巷道迎头方向掘进一段距离后，利用后部运输装置将形成一段新掘巷道产生的破碎煤岩运输出去。

根据本发明的一个实施例，步骤S5中，所述压裂层位为巷道顶板上方的坚硬岩层。

根据本发明的一个实施例，步骤S5中，所述在整个巷道顶板布置卸压钻孔，具体包括：分别在巷道内护巷煤柱侧和回采工作面侧向斜上方各布置1排卸压钻孔。从而对护巷煤柱上方和本回采工作面上方坚硬顶板均进行压裂，以减小巷道侧方悬顶和巷道后方采空区后方悬顶，并在上方顶板坚硬岩层中产生新裂隙，激活原生裂隙，降低回采工作面回采时采动应力量值和范围。本实施例，水力压裂为在巷道压裂孔内坚硬岩层段多个预设位置分别进行水力压裂，形成多条裂缝，压裂位置根据地质力学测试结果确定的巷道顶板坚硬岩层层位。

根据本发明的一个实施例，步骤S4中，所述锚杆的屈服强度在500MPa以上。

根据本发明的一个实施例，基于S1获得的待掘巷道围岩的地质力学参数，如果巷道围岩较为破碎，锚杆锚索锚固力低，则先在巷道迎头超前注浆改性(步骤S2)，然后掘进(步骤S3)，最后再支护(步骤S4)，若待掘巷道围岩相对完整，则可以先执行步骤S3即先掘进出一段新掘巷道，然后执行步骤S4即直接在新掘巷道锚固支护，再执行步骤S2即滞后巷道迎头一定距离再进行注浆改性。注浆改性位置为巷道顶板、侧帮一种或者两种组合。

在巷道掘进期间，一是及时在巷道迎头顶板与帮部采用高强度锚杆与锚索并施加高预应力主动支护，减小浅部围岩偏应力和应力梯度，并减少围岩强度的降低，抑制锚固区内围岩不连续、不协调的扩容变形；二是通过在巷道软弱围岩采用劈裂注浆主动改性，提高巷道帮部锚杆、锚索锚固力及围岩的强度与完整性。在巷道掘进后、回采工作面回采前，在回采工作面前方的巷道顶板坚硬层位预先实施水力压裂主动卸压，激活原生裂隙，并产生新裂隙，削弱了巷道高位坚硬顶板的完整性，降低回采工作面回采时采动应力量值和范围。锚固、注浆、压裂三者在时间和空间上协同作用，进而控制深部煤矿高应力软岩、强采动巷道围岩大变形。

为了更好地说明本发明，下面以一个具体实施例进行说明：

中煤新集能源股份有限公司口孜东矿位于我国淮南矿区，埋深1000m，顶底板主要为泥岩，工作面回采巷道在高地应力和采动应力作用下发生大变形，巷道两帮大面积收缩，底鼓剧烈，最大累计底鼓量达到10m，超过巷道净高的2倍。属于典型的深部强采动大变形巷道。下面以口孜东矿一个孤岛工作面运输巷为例来说明。

如图2至图7所示，本实施例中本回采工作面3为本采区的孤岛工作面，运输巷1与运输巷护巷煤柱2在未掘进时，已受第一相邻工作面采空区7、第二相邻工作面采空区8采动影响，导致运输巷护巷煤柱2较为破碎，且运输巷1还将经受本回采工作面3采动影响，导致巷道围岩控制极其困难，回采工作面3后方为回采工作面采空区6。

本实施例的控制方法包括如下步骤：

S1、地质力学测试：采用水压致裂法井下实测运输巷1围岩地应力大小和方向，采用钻孔触探法原位实测运输巷1围岩强度，采用钻孔窥视仪对运输巷1顶板、两帮进行煤岩体结构测量，获得巷道围岩地质力学参数，为支护-改性-卸压围岩控制参数的确定及压裂层位的选择提供依据，结束后执行步骤S2；

S2、劈裂注浆改性：基于步骤S1获取的运输巷1围岩地质力学测试数据，在运输巷1未掘进前，超前于运输巷1迎头，在运输巷护巷煤柱2的软弱围岩范围布置多个注浆孔，如图3和图4所示的由运输巷护巷煤柱2朝向运输巷1侧帮倾斜设置的第一劈裂注浆改性孔13和第二劈裂注浆改性孔14，采用高压注浆泵、高压封孔器等设备在孔内进行高压劈裂注浆，使浆液劈裂围岩中的弱面，并进入围岩原生裂隙和劈裂裂隙，形成主动改性区域11，大幅提高围岩强度和完整性，同时为高强度的锚杆与锚索10提供锚固基础，结束后执行步骤S3；

S3、掘进：掘进装置掘进一个排距，后部运输装置将新掘运输巷1产生的破碎煤岩运输出去，结束后执行步骤S4；

S4、锚杆锚索锚固：先进行运输巷1掘进，及时在新形成的运输巷1迎头顶板、运输巷护巷煤柱2侧帮与本回采工作面3侧帮内布置锚杆索孔，通过高强度锚杆与锚索10在孔内搅拌树脂锚固剂锚固，并施加与其匹配的高预应力，以减小浅部围岩偏应力和应力梯度，并减少围岩强度的降低，实现主动支护，结束后执行步骤S5；

S5、水力压裂卸压：如图6至图8所示，在运输巷1掘进后、本回采工作面3回采前，在本回采工作面3前方的运输巷1的运输巷护巷煤柱2侧帮和本回采工作面3侧帮的顶板对应布置一排第一水力压裂卸压孔15和一排第二水力压裂卸压孔16，在孔内的远场坚硬层位沿预设位置注入高压水实施多次水力压裂12卸压，以削弱巷道坚硬顶板完整性，减小本回采工作面3回采时引起的超前采动应力，实现主动卸压，以减小采动应力对巷道围岩变形的影响。

进一步地，高预应力锚固锚索锚固主动支护的高强度锚杆的屈服强度在500MPa以上，高预应力与其强度等级匹配。本实施例采用屈服强度为700MPa级超高强度锚杆、1860MPa的1×19结构高强度锚索，施加的高预应力为顶板锚杆预紧扭矩为500N·m、锚索预紧力为300kN，运输巷护巷煤柱2侧帮与本回采工作面3侧帮的锚杆预紧扭矩为400N·m、锚索预紧力为250kN。

劈裂注浆为以高压注浆泵、高压封孔器为主要设备开展的注浆，可使浆液挤入围岩微裂隙，扩大改性范围。此外对于具体步骤的执行顺序取决于巷道围岩结构，如巷道围岩较为破碎，锚杆与锚索10锚固力低，则先在巷道迎头超前注浆改性(步骤S2)，然后掘进(步骤S3)，再进行支护(步骤S4)；如围岩相对完整，先掘进(步骤S3)，然后进行支护(步骤S4)，滞后巷道迎头一定距离再进行注浆改性(步骤S2)；所述改性位置为巷道顶板、侧帮一种或者两种组合。本实施例采用的高压注浆泵额定压力30MPa；本实施例运输巷1的运输巷护巷煤柱2侧帮围岩破碎，先在运输巷1迎头超前劈裂注浆改性(步骤S2)，掘进(步骤S3)后再利用高预应力锚杆与锚索10锚固(步骤S4)。

卸压为在多个预设压裂位置分别进行水力压裂，形成多条裂缝，预设水力压裂位置12位于距离巷道上方的远场坚硬岩层位置。本实施例在运输巷护巷煤柱2侧帮和本回采工作面3侧帮的顶板布置第一水力压裂卸压孔15和第二水力压裂卸压孔16，压裂层位为顶板坚硬细砂岩。

本实施例的协同控制原理如下：

在运输巷1掘进期间先采用劈裂注浆主动改性运输巷护巷煤柱2侧帮的软弱围岩，再在运输巷1的巷道围岩弱面或裂隙9即运输巷1顶板、运输巷护巷煤柱2侧帮与本回采工作面3侧帮内采用高预应力锚杆与锚索10锚固主动支护，劈裂注浆主动改性使浆液劈裂围岩中的弱面，并主动挤入围岩原生裂隙与劈裂裂隙，提高围岩强度与完整性，同时，为锚杆与锚索10主动支护提供锚固基础，锚杆与锚索10主动支护在劈裂注浆主动改性后的围岩中形成预应力承载结构，主动抑制围岩扩容变形，锚杆与锚索10主动支护与劈裂注浆主动改性协同作用，控制巷道围岩变形；在本回采工作面3回采前，采用水力压裂主动卸压，降低本回采工作面3回采带来的超前采动应力的量值与范围，减小运输巷1受本回采工作面3采动应力引起的大变形，支护-改性-卸压在时间和空间上协同作用，以控制深部强采动运输巷1围岩大变形。

需要说明的是，对于回风巷4与回风巷护巷煤柱5可以采用和运输巷1与运输巷护巷煤柱2同样的方式掘进以及防护。回风巷4与运输巷1连通形成回采工作面3的通风通道。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对待掘巷道围岩进行地质力学测试，获得待掘巷道围岩的地质力学参数；

S2、基于S1获得的地质力学参数，沿待掘巷道围岩打设注浆孔，在注浆孔内进行劈裂注浆，使浆液劈裂围岩中的弱面，并进入注浆孔对应范围的待掘巷道围岩的裂隙，形成主动改性区域；

S3、朝向待掘巷道迎头方向掘进一段距离，形成一段新掘巷道，所述主动改性区域构成该段新掘巷道的顶板和/或侧帮；

S4、在该段新掘巷道的顶板和侧帮内打设锚孔，通过高强度锚杆和/或锚索在锚孔内搅拌锚固剂锚固，并施加与其匹配的预应力；

S5、重复S2-S4直至待掘巷道掘进完成，在待掘巷道掘进完成后、回采工作面回采前，在巷道顶板布置卸压钻孔，基于S1获得的地质力学参数选择压裂层位实施水力压裂卸压。

2.根据权利要求1所述的深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述对待掘巷道围岩进行地质力学测试，具体包括：采用水压致裂法井下实测待掘巷道围岩地应力大小和方向，采用钻孔触探法原位实测待掘巷道围岩强度，采用钻孔窥视仪对待掘巷道顶板、两侧的侧帮进行煤岩体结构测量，获得所述待掘巷道围岩的地质力学参数。

3.根据权利要求1所述的深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述沿待掘巷道的围岩打设注浆孔，具体为在待掘巷道未掘进前，超前于待掘巷道迎头，沿待掘巷道的围岩打设注浆孔。

4.根据权利要求1所述的深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述沿待掘巷道的软弱围岩打设注浆孔，在注浆孔内进行劈裂注浆，具体包括：沿待掘巷道的软弱围岩迎头朝向待掘巷道倾斜钻设注浆孔，采用高压注浆泵、高压封孔器在注浆孔内进行高压劈裂注浆。

5.根据权利要求4所述的深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，其特征在于，所述高压注浆泵的额定压力采用30MPa以上。

6.根据权利要求1所述的深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述朝向待掘巷道迎头方向掘进一段距离后，利用后部运输装置将形成一段新掘巷道产生的破碎煤岩运输出去。

7.根据权利要求1所述的深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，其特征在于，步骤S5中，所述压裂层位为巷道顶板上方的坚硬岩层。

8.根据权利要求1所述的深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，其特征在于，步骤S5中，所述在巷道顶板布置卸压钻孔，具体包括：分别在巷道内护巷煤柱侧和回采工作面侧向斜上方各布置1排卸压钻孔。

9.根据权利要求1所述的深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，其特征在于，步骤S4中，所述锚杆的屈服强度在500MPa以上。

10.根据权利要求1所述的深部巷道锚固-劈裂注浆-水力压裂卸压协同控制方法，其特征在于，基于S1获得的待掘巷道围岩的地质力学参数，若待掘巷道围岩相对完整，则先执行步骤S3，然后执行步骤S4，再执行步骤S2。

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