[发明专利]顶板弱化方法

说明书

本发明涉及煤矿矿山压力与岩层应力控制技术领域，尤其涉及一种顶板弱化方法，包括收集顶板地质条件；根据收集到的顶板地质条件确定弱化条带的结构参数，所述弱化条带的结构参数包括弱化条带的空间位置、宽度、厚度和弱化系数；在顶板内制出钻孔，并经由所述钻孔采用水力压裂措施在顶板内形成沿巷道轴向的弱化条带。本发明提供的顶板弱化方法通过水力压裂措施来预先处理坚硬顶板，对坚硬顶板进行改性弱化，促进条带弱化内部裂隙的发育，降低其整体的强度，从而维护坚硬顶板下位巷道的安全，防止冲击地压灾害的发生；本发明提供的顶板弱化方法可以有效减少巷道冲击地压灾害的出现。

技术领域

本发明涉及煤矿矿山压力与岩层应力控制技术领域，尤其涉及一种顶板弱化方法。

背景技术

煤矿井工开采过程中，坚硬顶板巷道易发生冲击地压事故，严重威胁着井下人员的人身安全，且会造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。我国目前是世界上遭受冲击地压威胁最严重的国家；据统计，截至2017年，全国冲击地压矿井数量已达到329个，分布于全国20多个省市自治区，冲击地压灾害危害程度高。

导致冲击地压的因素有多种，坚硬顶板的存在是关键因素之一；坚硬顶板是指赋存在煤层上方强度高、厚度大、整体性好的岩层，煤层回采后可以形成大面积悬露而不能及时自行垮落，直到达到其最大的悬露长度。在此过程中坚硬顶板集聚大量的能量，并在下位岩层中产生高度的应力集中，断裂时极易诱发一定范围内的巷道冲击地压事故。由于坚硬顶板会诱发冲击地压事故，因此对坚硬顶板的弱化就成为有效防治冲击地压的重要手段。弱化之后的顶板的强度降低、连续性变弱，可以随着下位煤层回采后而及时自行垮落，由此降低巷道周围岩层的应力集中程度和断裂冲击能量，从而削弱或解除冲击地压的危害。现有技术中对坚硬顶板的弱化措施多是在巷道掘进完成后或回采过程中进行，无法对巷道掘进过程中上方顶板的冲击地压事故进行有效预防。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明提供的顶板弱化方法，包括：

收集顶板地质条件；

根据收集到的顶板地质条件确定弱化条带的结构参数，所述弱化条带的结构参数包括弱化条带的空间位置、宽度、厚度和弱化系数；

在顶板内制出钻孔，并经由所述钻孔采用水力压裂措施在顶板内形成沿巷道轴向的弱化条带。

在一个实施例中，所述收集顶板地质条件包括收集巷道围岩的应力信息、收集巷道围岩的结构信息和收集巷道围岩的物源信息。

在一个实施例中，所述顶板弱化方法还包括在所述收集顶板地质条件之前在巷道内布置钻孔应力计、空心包体应力计以及液压支架应力监测设备中的一种或多种。

在一个实施例中，所述收集巷道围岩的结构信息包括：

统计并分析回采工作面的走向来压规律和倾向来压规律；

针对回采工作面的走向来压规律和倾向来压规律对顶板岩层受开采影响而形成的空间进行结构信息获取。

在一个实施例中，所述根据收集到的顶板地质条件确定弱化条带的结构参数还包括根据巷道围岩的应力信息、巷道围岩的结构信息、巷道围岩的物源信息确定弱化条带的致裂角度、距巷道表面深度和致裂孔径。

在一个实施例中，在巷道掘进之前实施所述在顶板内形成沿巷道轴向的弱化条带。

在一个实施例中，在超前回采工作面一定距离处实施所述在顶板内形成沿巷道轴向的弱化条带。

在一个实施例中，所述钻孔沿巷道轴向设置，包括依次连接的近孔口段、过渡段和主体段；所述过渡段用于爬坡和转向；所述主体段由所述过渡段开始向所述巷道倾斜设置。