[发明专利]一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法

说明书

本发明提供了一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，包括：在煤矿巷道的顶板上施工钻孔；通过对坚硬顶板水力切缝，使钻孔的两侧分别形成一条平行于钻孔轴线的裂缝面；通过两个封孔器分别对裂缝面的两端封孔，使两个封孔器之间形成密闭的封孔段；通过向封孔段持续注入高压水使裂缝定向扩张，完成对封孔段的压裂；对钻孔预设的其它分段依次进行切缝、封孔和压裂，直至完成对整个钻孔所有预测位置的压裂。本发明提供的煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，不但工艺简单、安全、成本低且卸压范围大、效果好，具有重要的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及煤矿安全开采技术领域，特别涉及一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法。

背景技术

坚硬顶板在煤矿开采过程中一般难以及时垮落，容易形成大面积悬顶，在其突然断裂时，瞬间释放大量能量，造成巷道破坏、设备受损甚至人员伤亡，严重威胁着煤矿安全生产。因此，坚硬顶板的弱化是煤矿顶板灾害控制的关键。目前，最常用的坚硬顶板弱化的方法主要为爆破断顶和水力压裂，爆破断顶利用炸药产生的爆轰波破碎顶板，施工工艺复杂，安全隐患高，对生产干扰大；水力压裂则采用高压水破裂顶板，施工工艺相对简单，安全隐患低，对生产的影响小，但常规压裂不对顶板进行预制裂缝面处理，压裂时裂缝面很难沿着最佳削弱顶板方向扩展，卸压效果难以保证。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明提供了一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法。该方法可有效降低顶板压力，显著降低甚至消除强烈矿压显现甚至冲击地压灾害的发生，且工艺简单、安全、成本低且卸压范围大、效果好，具有重要的推广应用价值。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，包括：

在煤矿巷道的顶板上施工钻孔，并将钻孔划分为多个预设压裂段；

通过对钻孔的孔壁进行水力切缝，使钻孔的两侧分别形成一条平行钻孔轴线的裂缝面；

通过两个封孔器分别对裂缝面的两端封孔，使两个封孔器之间形成密闭的封孔段；

通过向封孔段持续注入高压水，完成对封孔段两侧岩体的压裂；

对该钻孔内其他预设压裂段依次进行切缝、封孔和压裂，直至完成对整个钻孔的压裂。

进一步的，在对钻孔的孔壁进行水力切缝时，包括：

将带有磨料砂的高压水沿着巷道轴线方向，对钻孔两侧的孔壁进行射流切割；同时通过移动射流器，使孔壁两侧沿钻孔轴线形成两条与预设长度相同的裂缝面。

进一步的，在将带有磨料砂的高压水沿着巷道轴线方向对钻孔两侧的孔壁进行射流切割时，包括：

将从高压泵出来的高压水经过磨料罐后成为带有磨料砂的混合液体，从位于钻杆前端的射流器两侧高速喷出；其中，高压水经射流器后的喷射方向为巷道轴线方向；

通过钻杆带动射流器沿钻孔的轴线向前或向后匀速移动，使孔壁两侧分别形成一条预设长度的裂缝面；其中，射流器在钻孔内的移动范围为裂缝面的预设长度，裂缝面的预设长度小于两封孔器之间密闭段的长度。

进一步的，所述射流器包括设在两个所述封孔器之间的壳体、设在所述壳体两侧的喷嘴、以及设在所述壳体上且位于所述喷嘴前端的出水孔，所述壳体与所述钻杆连接，且所述壳体的内腔与所述钻杆连通；所述喷嘴和出水孔分别与所述壳体的内腔连通，且靠近所述出水孔的所述壳体内腔处设有收窄结构，在所述喷嘴和出水孔之间的连通和隔离可通过向所述壳体的内腔是否投入钢球进行切换，其中，所述钢球的直径在所述壳体的内腔直径和收窄结构的直径之间。

进一步的，在将带有磨料砂的混合液体从射流器两侧喷嘴内高速喷出时，包括：