[发明专利]上覆采空区遗留矿柱应力集中的压裂解除方法

说明书

本发明公开了一种上覆采空区遗留矿柱应力集中的压裂解除方法，首先是定向压裂顶板优化顶板的应力，减小力的来源；其次是脉冲压裂煤柱，产生缝隙网络，弱化煤柱刚度减小煤柱的承载能力；最后是脉冲压裂煤柱底板岩层，减弱其传递应力集中的能力。利用钻机在巷道斜向上层采空区煤柱方向分别间隔施工压裂钻孔至设定深度，一个斜向压裂孔可以采用后退分段压裂顶板、煤柱、底板，顶板定向压裂位置在煤柱上方老顶正中间偏上1m左右。此方法减小下层煤煤柱的宽度，提高煤炭的采出率，减小下层煤巷道的变形，有效解决下煤层工作面的过煤柱的矿压问题、冲击地压和下煤层开采时的煤与瓦斯突出问题等，同时安全系数高、方法简单、施工方便、成本降低。

技术领域

本发明涉及一种上覆采空区遗留矿柱应力集中的压裂解除方法，属于矿山开采技术领域。

背景技术

井工煤矿大多采用长壁开采，采空区侧的回风平巷或运输平巷一般采用留设煤柱的方式来与采空区隔离，一方面保障采空侧巷道围岩稳定，另一方面煤柱可以起到密闭作用，从而隔离采空区的有害气体，防治漏风和煤自然发火等。留设煤柱的宽度一般根据煤层的厚度、硬度及完整性等来确定。

非煤井工矿大多采用房柱式开采，为了开采矿层的围岩控制等，开采后会留下大量矿柱。

井工矿常出现近距离煤层或者矿层组开采，除开采解放层外，一般采用下行开采，当开采煤柱或者矿柱下方煤层或者矿体时，会出现应力集中问题，从而造成下位巷道的大变形，下煤层工作面过煤柱的矿压问题以及工作面异常来压或压架，冲击地压，下煤层开采时的煤与瓦斯突出问题等等。

当出现下位巷道的大变形问题时，为了保证煤柱的稳定性及减小巷道变形，一般采用加大煤柱的方法，把下层煤的巷道布置在上层煤采空区的下方。还可以采用加强巷道支护来减小巷道的变形，譬如利用锚杆、锚索、钢棚、支设木柱联合支护工艺。但是采用加大煤柱的布置方式存在以下问题：(a)两层煤：增加了下层煤的煤柱损失，降低了煤炭的采出率，浪费了资源；(b)多层煤：多煤层开采，采用加大煤柱的布置方式，导致煤柱越留越大，浪费了大量的资源；一旦煤柱宽度留设不利，还会造成煤柱失稳现象，给安全生产带来极大的隐患。采用锚杆、锚索、钢棚、支设木柱联合支护工艺会大大增加了巷道支护费用。

当出现下煤层工作面过煤柱的矿压问题时，一般采用加强顶板管理，保证液压支架接顶严密，支撑强度达到规程规定，严禁出现空顶和不接顶现象。还要加强现场管理，规范职工现场行为，保持正常出勤，采取一系列措施保证安全工作和正常组织生产。但是采用加强顶板管理和加强现场管理的措施，并没有真正解除上覆采空区遗留煤柱应力集中问题，受采动影响，还是很容易发生安全事故。

当出现下煤层开采时的冲击地压和煤与瓦斯突出问题时，可以采用注水湿润煤体，注水能够改变煤体物理力学性质，弱化煤体结构，降低煤体的冲击倾向性；还可以对圈定的危险区实施煤层大直径卸压钻孔，强排粉，降低承载能力，转移应力；也可以采用开采保护层和预抽煤层瓦斯等方法。但是采用煤层注水的方法解决冲击地压问题效果并不明显，而且注水时间较长；采用打设大直径卸压钻孔，通常要布置密集的钻孔，钻孔数量多，劳动成本大；开采保护层受煤层间距的限制。

为了解决上述问题，最常见的方法是利用炸药破碎煤柱，从而解除煤柱的应力集中，但是采用炸药破碎煤柱的方法存在以下问题：

a.传统的爆破放顶安全管理复杂：涉及到炸药、雷管的管理运输，放炮要严格执行“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”；

b.存在安全隐患：实践表明，大规模爆破瞬时产生的大量CO等有害气体给矿井通风安全管理造成巨大影响；对于高瓦斯矿井，爆破破碎煤柱由于存在爆破火花诱导瓦斯爆炸的隐患而不宜采用；

c.爆破经济成本高：破碎煤柱时，炮眼之间的间距一般很小，所以需要大量的火药和雷管等火工品。

发明内容