[发明专利]顶板弱化解危方法

说明书

本发明实施例公开了一种顶板弱化解危方法，其包括：确定上覆岩体的关键层；在所述关键层内布设定向钻孔；施工所述定向钻孔；所述定向钻孔施工完成后，将压裂设备输送至定向钻孔内进行分段压裂。利用本发明实施例不仅可将定向钻孔精确控制于坚硬顶板岩层中，还能有效降低坚硬顶板的岩石强度，破坏岩石的整体连续性，实现顶板的有效弱化，消除或者减小顶板悬顶面积，超前解除工作面回采强矿压危险；同时，整个工作面坚硬顶板的有效垮落，可降低临近巷道岩层压力，简化巷道支护方式，极大程度减小巷道返修工程量，从而降低巷道维护成本。

技术领域

本发明涉及煤矿技术领域，具体涉及一种顶板弱化解危方法。

背景技术

我国是世界煤炭资源最丰富国家之一，但在地质历史中，我国经历多期构造运动，盆地复合叠加现象明显，导致煤层整体赋存条件较为复杂。据统计，我国有近1/3的煤层为坚硬顶板，且分布广泛。该上覆坚硬顶板主要为煤层顶板厚度稳定、强度高、整体性较好且难垮落的岩层，其稳定的力学性质及工作面支护结构导致顶板悬顶面积较大。随着工作面的推进逐渐增加，当顶板难以支撑时，悬顶突然垮落，使采场形成大面积来压，并在厚硬岩层的大垮落步距的作用下，大幅提高来压强度，进而造成采场中的工作面和两巷的支护结构大面积折损破坏，垮落过程形成的冲击矿压和强烈动载使巷道及围岩变形垮塌，同时造成邻近巷道、运输线路、管线造成严重破坏，极大威胁井下施工人员的安全，严重的制约了煤矿安全高效生产。

目前，针对坚硬顶板问题治理的方法主要为被动支护：采取液压支架、特殊填充巷道或者工作面支撑坚硬顶板岩层来避免坚硬顶板突然冒落。发明人在实现本发明的过程中发现，现有的被动支付方法并不能从根本上治理坚硬顶板，无法解除大面积悬顶造成的冲击矿压危险。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出一种顶板弱化解危方法，以解决上述技术问题。

本发明实施例还提供一种顶板弱化解危方法，其包括：确定上覆岩体的关键层；在所述关键层内布设定向钻孔；施工所述定向钻孔；所述定向钻孔施工完成后，将压裂设备输送至定向钻孔内进行分段压裂。

可选地，确定上覆岩体的关键层包括：获取煤层直接顶上存在的上覆岩体的层数m；

根据公式

计算煤层直接顶上方第n层和第n+1层岩体的挠度，其中，q₁|_n+1为第n+1层岩体的挠度，h_i为第i层岩体的厚度；γ_i为第i层岩体的容重；E_i为第i层岩体的弹性模量；i＝1、2…m，n+1≤m；当q₁|_n+1＜q₁|_n时，则将第n+1层岩体作为关键层。

可选地，在所述关键层内布设定向钻孔包括：根据公式∑H＝M/(K_p-1)计算垮落带岩体充满采空区所需要的岩体厚度H，其中，M为采高；Kp为岩石破碎后的碎胀系数；根据所述岩体厚度确定所述定向钻孔在所述关键层的布设位置，其中，定向钻孔的孔底与煤层直接顶的距离为H。

可选地，根据所述岩体厚度确定所述定向钻孔在所述关键层的布设位置，之后还包括：获取工作面的宽度L；获取压裂设备的压裂影响半径d；根据公式N＝L/2d-1计算定向钻孔的数量N；将N个定向钻孔设置在关键层的布设位置处，其中，每个定向钻孔的延伸方向均与工作面的掘进方向平行。

可选地，施工所述定向钻孔包括：获取距离煤层直接顶预定距离内的地质信息；根据所述地质信息、定向钻孔在关键层中的布设位置、以及钻场的位置，得出所述定向钻孔的设计轨迹；根据所述设计轨迹利用定向钻机施工所述定向钻孔；实时获取定向钻孔的三维空间轨迹信息；根据所述三维空间轨迹信息和设计轨迹实时调整定向钻机的钻具。