[发明专利]一种煤矿冲击地压防治水力裂切断顶卸压方法

说明书

本发明提供了一种煤矿冲击地压防治水力裂切断顶卸压方法，涉及煤矿冲击地压防治技术领域。本发明的方法包括如下步骤：步骤1、确定目标断顶岩层位置及断顶厚度；步骤2、确定水力裂切孔施工参数；步骤3、水力裂切施工布置；步骤4、水力裂切目标断顶岩层；步骤5、裂切效果检测。本发明的煤矿冲击地压防治水力裂切断顶卸压方法，应用于冲击地压矿井，断顶卸压安全、高效，施工操作便捷，胀裂器等可以反复使用，成本大幅降低；实现顶板目标所需断顶岩层精准预裂并在覆岩运动矿山压力作用下充分连通冒落降低动载破坏作用，规避炸药爆破切顶的安全缺陷、施工弊端，在煤矿预防冲击地压防治工程实际中具有极高的应用、推广价值。

技术领域

本发明涉及煤矿冲击地压防治技术领域，具体地说是涉及一种煤矿冲击地压防治水力裂切断顶卸压方法。

背景技术

近几年在鲁西南巨野矿区发生多起冲击地压事故，造成了严重的经济损失与人员伤亡。冲击地压发生时，往往表现出冲击能量大、破坏范围广、可预测性低等特点。目前，主要采用冲击地压卸压进行干预，在冲击地压卸压方面除煤层卸压外，煤层顶板断顶卸压逐渐成为主要卸压方法。当前断顶卸压主要采用炸药爆破切顶技术实现卸压，炸药爆破切顶技术的关键是实现顶板目标岩层爆破裂缝充分连通。煤矿井下应用实践表明，现有炸药爆破切顶技术主要存在以下缺陷、弊端：一是实现顶板目标岩层成功切断联通冒落需装填大量炸药并反复验证装药耦合性及爆破切顶效果，装药、封孔等工序耗时耗力；二是爆破后由于封孔原因一般无法直观窥视裂隙发展情况及爆破效果评估，若出现残炮或拒爆处理不便，更是威胁生产和施工人员生命安全；此外，目前炸药等火工品属于国家管制物品，其审批与使用有着严格的要求，并且我国也明令禁止或限制其在高瓦斯矿井采空区中的应用。因此，寻求一种应用于冲击地压矿井安全、高效、便捷、低耗的断顶卸压方法具有重要的理论和实践意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿冲击地压防治水力裂切断顶卸压方法，以应用于冲击地压矿井实现安全、高效、便捷、低耗进行断顶卸压。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：

一种煤矿冲击地压防治水力裂切断顶卸压方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1、确定目标断顶岩层位置及断顶厚度

在施工区域附近向煤层顶板上方上覆岩层施工探测孔，统计探测孔中的坚硬厚岩层的层位分布和厚度，将煤层顶板上方裂隙带范围内的坚硬厚岩层作为目标断顶岩层，将目标断顶岩层对应的厚度作为断顶厚度；

步骤2、确定水力裂切孔施工参数

裂切孔孔径为70至110mm；

裂切孔深度L采用如下公式确定：

L＝KH/sinθ；

式中：

L为裂切孔深度；K为富余系数，取值范围为1.1至1.3；H为目标断顶岩层距离裂切孔施工位置的最大距离；θ为裂切孔角度，θ取值范围为60°至80°；

裂切孔间距a采用如下公式确定：

式中：

a为裂切孔间距，m；q(t)为水力裂切过程中随时间产生的膨胀压力，MP_a；σ_c为目标断顶岩层的单轴抗压强度，MP_a；

步骤3、水力裂切施工布置

按照步骤2的水力裂切孔施工参数进行裂切孔施工，裂切孔施工完成后，将多个胀裂器依次连接呈链状结构，最下端的胀裂器经增压器连接位于裂切孔外的高压水泵，将成链状结构的多个胀裂器推送至裂切孔内且于目标断顶岩层的断顶厚度范围内；

步骤4、水力裂切目标断顶岩层