CN112360470A - 改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，包括：在回采巷道侧向挖掘钻场；获取回采巷道周围的支承应力场的范围和最高支承应力的位置；在围岩支护承载体的范围之外且位于回采巷道的最高支承应力点的周围设置水力压裂孔布置区域，并在水力压裂孔布置区域设置水力压裂钻孔；将水力压裂钻孔分段封孔，并进行后退式水力压裂，在远离支承应力场范围且位于巷道支承压力最高的位置附近形成缓冲吸能裂隙带，降低最高支承应力点的应力值，使其向围岩深部转移，加强了巷道的稳定性，改善了回采巷道超前段支护围岩的应力环境，降低对巷道的破坏，减少两顺超前段维护人员的数量，保证工作面安全、高效回采。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法。
背景技术
受工作面回采超前支承压力的影响，工作面回采巷道超前段200m左右范围内处于高采动应力区域，其应力集中系数达到2.0左右，当超前支承压力超过巷道围岩及支护的强度时，回采巷道超前段将出现严重变形，影响工作面的正常回采。同时，当煤层及顶板岩层相对较为坚硬、完整时，其中将储备大量的能量，一旦其断裂，将瞬间释放巨大的能量，引发冲击地压灾害，导致煤岩体随着能量瞬间冲向巷道，危及人员安全。
目前，回采巷道超前支承压力段变形破坏处理，主要是进行刷巷、起底后，锚索、锚杆补强支护，近距离卸压又会造成支护承载体弱化。同时超前段进行打卸压孔，卸压防冲，两顺超前段积聚大量的维护人员，存在重大安全隐患。
发明内容
本发明实施例提供一种改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，用以解决现有技术中回采巷道超前支承压力段变形破坏处理方式存在的效果差，安全性低的缺陷。
本发明实施例提供一种改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，包括：
在回采巷道侧向挖掘钻场；
获取所述回采巷道周围的支承应力场的范围和最高支承应力的位置；
在围岩支护承载体的范围之外且位于所述回采巷道的最高支承应力点的周围设置水力压裂孔布置区域，并在所述水力压裂孔布置区域设置水力压裂钻孔；
将所述水力压裂钻孔分段封孔，并进行后退式水力压裂。
其中，所述将所述水力压裂钻孔分段封孔，并进行后退式水力压裂的步骤，具体包括：
采用分隔式封孔器将所述水力压裂钻孔进行封孔，将封孔后的所述水力压裂钻孔进行压裂；
与压裂后的所述水力压裂钻孔间隔预设距离的位置进行封孔和压裂操作，直至整个所述水力压裂钻孔全部压裂完成，使得水力压裂产生的裂隙形成贯通的缓冲吸能裂隙带。
其中，所述钻场的尺寸由钻机及打钻角度决定，所述钻场的高度由煤层直接顶和煤层老顶的位置决定。
其中，所述水力压裂钻孔的直径由钻机的钻头大小决定。
其中，所述水力压裂钻孔的长度由所述回采巷道的长度决定。
其中，所述水力压裂钻孔的长度方向与所述回采巷道的长度方向平行。
其中，所述钻场的长度方向垂直于所述回采巷道的轴线方向。
其中，所述水力压裂孔布置区域的横截面为以最高支承应力点为圆心，具有预设长度的半径的圆形区域。
本发明实施例提供的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，通过在回采巷道超前段布置钻场，对水力压裂钻孔进行分段封孔、压裂后，在远离支承应力场范围且位于巷道支承压力最高的位置附近形成缓冲吸能裂隙带，降低最高支承应力点的应力值，使其向围岩深部转移，加强了巷道的稳定性，改善了回采巷道超前段支护围岩的应力环境，降低对巷道的破坏，减少两顺超前段维护人员的数量，保证工作面安全、高效回采。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法的的施工示意图(正视图)；
图3是本发明实施例提供的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法的的施工示意图(俯视图)。
附图标记：
1：实体煤；2：煤层直接顶；3：煤层老顶；4：回采巷道；5：钻场；6：水力压裂钻孔；7：水力压裂孔布置区域；8：缓冲吸能裂隙带；9：巷道支承压力曲线；10：预置缓冲吸能裂隙带后巷道支承应力曲线；11：能量波；12：能量源；13：工作面回采设备；14：采空区；15：围岩支护承载体。
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作出创造性劳动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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是点连接；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。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中的具体含义。
下面结合图1-图3描述本发明实施例的一种改善回采巷道4超前支承压力段的应力环境的施工方法，包括：
S1、在回采巷道4侧向挖掘钻场5；
S2、获取回采巷道4周围的支承应力场的范围和最高支承应力的位置；
S3、在围岩支护承载体15的范围之外且位于回采巷道4的最高支承应力点的周围设置水力压裂孔布置区域7，并在水力压裂孔布置区域7设置水力压裂钻孔6；
S4、将水力压裂钻孔6分段封孔，并进行后退式水力压裂。
具体地，在步骤S1中，在具有冲击倾向煤岩体的回采巷道4一侧或者两侧实体煤1中预掘钻场5，钻场5的宽度以能够摆开钻机以及调整钻孔角度为宜，钻场5的高度根据回采巷道4的煤层直接顶2和煤层老顶3的来确定。钻场5的长度方向垂直于回采巷道4的轴线方向。
在步骤S2中，根据回采巷道4的断面及支护形式，测试或者计算回采巷道4周围的巷道支承应力场的分布形态(即巷道支承压力曲线9)及最高支承应力的位置，水力压裂孔布置区域7一般在巷道最高支承应力周边为宜。
在步骤S3中，在围岩支护承载体15范围之外且巷道最高支承应力点的周围设置水力压裂孔布置区域7，在该区域布置水力压裂钻孔6。水力压裂钻孔6直径由钻机的钻头大小决定；水力压裂钻孔6的长度由回采巷道4的长度决定，水力压裂钻孔6的长度方向与回采巷道4的长度方向平行。调整钻孔角度，使水力压裂钻孔6在煤层直接顶2及以上打设，尽量处于煤层老顶3的范围之内。具体地，水力压裂孔布置区域7的横截面为以最高支承应力点为圆心，具有预设长度的半径的圆形区域。例如，在一个实施例中，水力压裂钻孔6的长度为600m，而在该实施例中，预设长度为200m，即将水力压裂钻孔6以200m的间隔分隔成3段。
步骤S4具体包括：采用分隔式封孔器将水力压裂钻孔6进行封孔，将封孔后的水力压裂钻孔6进行压裂；与压裂后的水力压裂钻孔6间隔预设距离的位置进行封孔和压裂操作，直至整个水力压裂钻孔6全部压裂完成，使得水力压裂产生的裂隙形成贯通的缓冲吸能裂隙带8。在S4步骤中采用分隔式封孔器将水力压裂钻孔6由最深处开始后退式分段封孔、压裂，压裂完成后，进行分隔式封孔器卸压，后退一定距离后再次加压封孔、压裂，如此循环，直至整个钻孔全部压裂完成，最终水力压裂产生的裂隙形成贯通的缓冲吸能裂隙带8。
通过水力压裂后，在远离巷道围岩支护承载体15且位于巷道侧向支承压力最高的区域形成缓冲吸能裂隙带8，降低最高支承应力点的应力值，使其向围岩深部转移，形成了新的支承应力场(即附图1中预置缓冲吸能裂隙带后巷道支承应力曲线10)，降低了巷道围岩支护承载体15承受的应力，防止最高支承应力值超过围岩支护承载体15的强度，而破坏巷道围岩稳定性。
同时对于冲击矿压巷道由于回采活动造成深部的岩层结构运动、断裂的能量源12突然释放，能量波11通过预置的缓冲吸能裂隙带8时，其能量的值将大幅度降低，小能量冲击基本能够完全吸收，使之无法或减弱传递到巷道围岩支护承载体15上，有效的保护了巷道的稳定性。由于采用远场水力压裂预置缓冲吸能裂隙带8，远离巷道围岩支护承载体15，对巷道支护围岩不会造成损伤，有效的解决支护与卸压的矛盾。
根据巷道的长度可预掘一组或者多组钻场5；根据巷道矿压剧烈程度，在一组钻场5中可预置一个或多个缓冲吸能裂隙带8。
由于钻场5的尺寸较小，深度也较浅，工作面回采到钻场5时，也不会影响工作面回采设备13的正常推进和采空区14的形态。
本发明实施例提供的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，通过在回采巷道4超前段布置钻场5，对水力压裂钻孔6进行分段封孔、后退式水力压裂，在远离支承应力场范围且位于巷道支承压力最高的位置附近形成缓冲吸能裂隙带8，降低最高支承应力点的应力值，使其向围岩深部转移，加强了巷道的稳定性，改善了回采巷道超前段支护围岩的应力环境，降低对巷道的破坏；同时解决了冲击地压超前段的卸压问题，减少两顺超前段维护人员的数量，保证工作面安全、高效回采。
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 (8)
1.一种改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，其特征在于，包括：
在回采巷道侧向挖掘钻场；
获取所述回采巷道周围的支承应力场的范围和最高支承应力的位置；
在围岩支护承载体的范围之外且位于所述回采巷道的最高支承应力点的周围设置水力压裂孔布置区域，并在所述水力压裂孔布置区域设置水力压裂钻孔；
将所述水力压裂钻孔分段封孔，并进行后退式水力压裂。
2.根据权利要求1所述的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，其特征在于，所述将所述水力压裂钻孔分段封孔，并进行后退式水力压裂的步骤，具体包括：
采用分隔式封孔器将所述水力压裂钻孔进行封孔，将封孔后的所述水力压裂钻孔进行压裂；
与压裂后的所述水力压裂钻孔间隔预设距离的位置进行封孔和压裂操作，直至整个所述水力压裂钻孔全部压裂完成，使得水力压裂产生的裂隙形成贯通的缓冲吸能裂隙带。
3.根据权利要求1所述的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，其特征在于，所述钻场的尺寸由钻机及打钻角度决定，所述钻场的高度由煤层直接顶和煤层老顶的位置决定。
4.根据权利要求1所述的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，其特征在于，所述水力压裂钻孔的直径由钻机的钻头大小决定。
5.根据权利要求1所述的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，其特征在于，所述水力压裂钻孔的长度由所述回采巷道的长度决定。
6.根据权利要求1所述的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，其特征在于，所述水力压裂钻孔的长度方向与所述回采巷道的长度方向平行。
7.根据权利要求1所述的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，其特征在于，所述钻场的长度方向垂直于所述回采巷道的轴线方向。
8.根据权利要求1所述的改善回采巷道超前支承压力段的应力环境的施工方法，其特征在于，所述水力压裂孔布置区域的横截面为以最高支承应力点为圆心，具有预设长度的半径的圆形区域。
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