[发明专利]一种多煤层开采大巷遗留煤柱源头压裂防动载压架方法

说明书

本发明公开了一种多煤层开采大巷遗留煤柱源头压裂防动载压架方法，属于煤炭开采及岩层控制领域；其步骤包括：确定遗留煤柱上方长悬坚硬顶板层位和长度；施工定向钻孔对长悬坚硬顶板进行水力压裂；施工水平钻孔对遗留煤柱进行水力压裂；通过本发明的实施，可以减小遗留煤柱上方载荷并弱化煤柱载荷传递效应，从而在源头上消除了由于大巷遗留煤柱导致的下层工作面动载压架风险。本发明钻孔工程量小，施工工艺简单，安全性高，压裂效果好。

技术领域

本发明属于煤炭开采及岩层控制领域，尤其涉及一种多煤层开采大巷遗留煤柱源头压裂防动载压架方法。

背景技术

部分矿区由于地层坚硬完整，通常在煤层中布置大巷，为了维护大巷围岩的稳定性，大巷之间及工作面停采线附近均留设宽度较大煤柱，进行多煤层开采时，下层工作面回采至遗留煤柱区域附近时，遗留煤柱会将上覆岩层的载荷传递到下层工作面的顶板，支架压力急剧增大，当遗留煤柱结构失稳时，强动载经常引发压架事故，造成巨大经济损失甚至人员伤亡。

目前，解决上述问题的手段有两种：

1）在下层工作面回采过程中，通过爆破手段将遗留煤柱进行破坏。这种方法的优点是在短时间内能够充分破坏遗留煤柱，缺点是所需炸药量大，成本高，并且存在较大的安全隐患。

2）在下层工作面回采巷道中施工穿层钻孔至遗留煤柱顶板内，利用水力压裂技术对煤柱上方坚硬顶板进行预裂。这种方法在一定程度上能够减小工作面过煤柱期间的压力，但是钻孔工程量大、钻孔轨迹控制难度高，并且钻孔穿越煤柱至其上方顶板岩层过程中，若钻孔距离煤柱边缘较近，易出现塌孔。该方法并不破坏遗留煤柱本身，因此并不能从根源上消除由于遗留煤柱带来的压架风险。

上述两种方法均是在下层工作面回采期间对上层遗留煤柱进行处理，从时间和空间角度来讲，均错过了消除动载源的最佳处理时机和施工空间，从而增加了处理难度和处理成本。针对这一问题，本发明拟在动载源头利用水力压裂技术对遗留煤柱及其坚硬顶板进行致裂，该方法施工工艺简单，钻孔工程量小，压裂效果好，并且环保经济。

发明内容

为解决多煤层开采中大巷遗留煤柱导致的工作面压架事故和现有技术措施存在的不足，本发明在于提供一种多煤层开采大巷遗留煤柱源头压裂防动载压架方法。通过对遗留煤柱及其顶板进行水力压裂，减小遗留煤柱上方载荷并弱化煤柱载荷传递效应。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种多煤层开采大巷遗留煤柱源头压裂防动载压架方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、调研掌握工作面布置信息，包括工作面位置、工作面长度和采掘接替计划；调研停采线煤柱和巷间煤柱的长度和宽度；调研长悬坚硬顶板所处层位；

S2、大巷部分地段两翼工作面回采完成后，依据关键层理论及悬臂梁理论计算两侧停采线煤柱上方的长悬坚硬顶板长度，确定长悬坚硬顶板位置的致裂区域，设计与之相对应的定向钻孔参数，按照方便施工的原则进行设计；

S3、施工人员按照钻孔设计方案，从大巷向煤层上方的长悬坚硬顶板施工水平定向钻孔，然后从水平定向钻孔底部开始依次在每个致裂点进行水力压裂，压裂完成后及时对钻孔进行封堵；

S4、长悬坚硬顶板压裂完成后，在大巷及回采巷道内向停采线煤柱中施工水平钻孔，然后按照步骤S3中的压裂方式完成停采线煤柱的水力压裂；

S5、待大巷两侧所有工作面1回采完毕并完成步骤S2、S3、S4后，在巷间煤柱内施工水平钻孔并进行压裂；完成所有压裂工作后，及时对不再使用的大巷区域进行密闭；

S6、在开采煤层其他区域及待开采煤层依次重复步骤S1、S2、S3、S4、S5，完成矿井大巷煤柱的压裂工作。

作为更进一步的优选方案，步骤S1中通过室内岩石力学测试获得煤层及顶板岩芯弹性模量和抗压强度，确定长悬坚硬顶板所处层位。