一种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法

摘要

一种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法，涉及煤矿采场及巷道围岩控制技术，解决现有方法受地应力影响、可控性差、有污染、不适用于高瓦斯煤层的问题。本发明的具体步骤：①初采阶段沿综采工作面开切眼、初采及正常回采阶段沿工作面回风顺槽和运输顺槽靠近煤柱一侧，向煤层顶板岩层施工钻孔；②沿钻孔进行水力割缝，割缝方向分别与开切眼、回风顺槽、运输顺槽的走向一致；③在钻孔的两端进行封孔，并在钻孔中实施水力压裂，使相邻钻孔中产生的压裂裂缝连通。本发明用于高瓦斯煤层、坚硬顶板的控制放顶，具有可控性好、不受地应力影响、无污染、易于操作的优点。

主权项

一种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法，包括步骤：①初采阶段沿综采工作面开切眼、初采及正常回采阶段沿工作面回风顺槽和运输顺槽靠近煤柱一侧，向煤层顶板岩层施工钻孔，对于单一坚硬岩层顶板而言，所述的煤层顶板岩层由直接顶和单一厚层坚硬老顶构成，对于复合坚硬岩层顶板而言，所述的煤层顶板岩层由直接顶和由多层坚硬、软弱岩层分层组成的老顶构成；②沿所述钻孔进行水力割缝，割缝方向分别与所述开切眼、所述回风顺槽、所述运输顺槽的走向一致；③割缝完成后，在所述钻孔的两端进行封孔，并在所述钻孔中实施水力压裂，使相邻所述钻孔中产生的压裂裂缝连通；其特征在于：所述步骤①中，沿综采工作面的开切眼向煤层顶板岩层施工钻孔，是在开切眼施工完毕后、工作面煤壁尚未开采前，在液压支架后方位置的顶板岩层上，沿垂直于工作面推进方向施工一排斜向工作面煤壁的钻孔；沿工作面回风顺槽和运输顺槽向煤层顶板岩层施工钻孔，是超前工作面煤壁一段距离、在靠近煤柱的巷道外侧的顶板岩层上，施工一排斜向工作面前方实体煤的钻孔；对于单一坚硬岩层顶板而言，钻孔穿越煤层上方的直接顶，到达老顶与上覆岩层交界面处，对于复合坚硬岩层顶板而言，钻孔穿越煤层上方的直接顶、老顶坚硬岩层分层、老顶软弱岩层分层，到达老顶最上方一层坚硬岩层分层边界；相邻钻孔的间距为为1～20m，钻孔的深度为10～50m，钻孔轴线方向与顶板垂线方向夹角为1～45°；所述步骤②中，对于单一坚硬岩层顶板而言，所述的水力割缝是在开切眼内所有钻孔施工完毕后，工作面开采前，沿所有钻孔轴向从距孔底1m处开始，采用后退方式通过高压水射流向钻孔两边对称实施水力割缝，所述的水力割缝是在回风顺槽和运输顺槽内的钻孔施工完毕后，自开切眼上下端头处开始，采用后退方式通过高压水射流向回风顺槽和运输顺槽内的钻孔两边对称实施水力割缝，割缝至距老顶与直接顶交界面以上沿钻孔轴向1m处停止，钻孔两边的割缝深度分别大于10mm，割缝宽度分别大于10mm，对于复合坚硬岩层顶板而言，将老顶内坚硬岩层分层沿钻孔轴向从钻孔底部至孔口分段，所述的水力割缝是在开切眼内所有钻孔施工完毕后，工作面开采前，对所有钻孔实施分段水力割缝，即在各个老顶坚硬岩层分层内实施水力割缝，第一段割缝沿钻孔轴向从距最上层老顶坚硬岩层分层边界1m处开始，采用后退方式通过高压水射流向钻孔两边对称实施水力割缝，至距最上层老顶坚硬岩层下部边界以上1m处止，其它段老顶坚硬岩层分层内的水力割缝均按此方法进行；钻孔两边的割缝深度分别大于10mm，割缝宽度分别大于10mm；所述步骤③中，对于单一坚硬岩层顶板而言，所述的封孔是沿开切眼内的钻孔轴向对孔底1m范围、直接顶与老顶交界面以上1m范围进行封孔，所述的封孔是待工作面煤壁向前推进超过钻孔1m且钻孔处于端头支架支护范围内时，沿工作面运输顺槽和回风顺槽内的钻孔轴向对孔底1m范围、直接顶与老顶交界面以上1m范围进行封孔；所述封孔长度均为1m，对于单一坚硬岩层顶板而言，所述钻孔中实施水力压裂，是对开切眼所有钻孔内实施一次水力压裂，压裂裂缝向钻孔两侧扩展，直至压裂裂缝整体连通，所述钻孔中实施水力压裂，是对工作面运输顺槽和回风顺槽内钻孔实施一次水力压裂，一次水力压裂是在工作面向前推进超过相邻下一个钻孔位置1m、且钻孔位于端头支架支护范围时进行，对相邻下一个钻孔以相同方式实施一次水力压裂，直至与相邻上一个钻孔的压裂裂缝连通，在工作面向前推进过程中，对运输顺槽和回风顺槽内所有钻孔均采用一次水力压裂方式进行压裂，直至压裂裂缝整体连通，对于复合坚硬岩层顶板而言，所述的封孔是沿钻孔轴向对第一段割缝上下两端1m范围内未实施割缝钻孔进行封孔，封孔后在第一段割缝钻孔内实施水力压裂，压裂裂缝向钻孔两侧扩展，当扩展长度达到相邻钻孔孔距一半以上时停止压裂，接着沿钻孔轴向对第二段老顶坚硬岩层分层内上下两端1m范围未实施割缝钻孔进行封孔，在第二段割缝钻孔内实施水力压裂，压裂裂缝向钻孔两侧扩展，当扩展长度达到相邻钻孔孔距一半以上时停止压裂，以相同的封孔和水力压裂方式对钻孔内其它段老顶坚硬岩层分层实施水力压裂，以相同的分段压裂方式对相邻钻孔实施压裂，直至相邻钻孔压裂裂缝扩展连通，对开切眼内所有钻孔均采用分段水力压裂方式进行压裂，直至压裂裂缝整体连通，对工作面运输顺槽和回风顺槽内的钻孔封孔，是待工作面煤壁向前推进超过钻孔1m、且钻孔处于端头支架支护范围内时，沿钻孔轴向对第一段割缝上下两端1m范围内未实施割缝的钻孔进行封孔，封孔后在第一段割缝钻孔内实施水力压裂，当压裂裂缝扩展长度达到相邻钻孔孔距一半以上时停止压裂，接着沿钻孔轴向对第二段割缝上下两端1m范围内未实施割缝的钻孔进行封孔，封孔后在第二段割缝钻孔内实施水力压裂，当压裂裂缝扩展长度达到相邻钻孔孔距一半以上时停止压裂，以相同的封孔和水力压裂方式对钻孔内其它段老顶坚硬岩层分层实施水力压裂，在工作面向前推进超过相邻下一个钻孔位置1m、且钻孔位于端头支架支护范围内时，对相邻下一个钻孔以相同方式实施分段水力压裂，直至与相邻上一个钻孔的压裂裂缝连通，封孔长度均为1m。