顶板弱化解危方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种顶板弱化解危方法，其包括：确定上覆岩体的关键层；在所述关键层内布设定向钻孔；施工所述定向钻孔；所述定向钻孔施工完成后，将压裂设备输送至定向钻孔内进行分段压裂。利用本发明专利技术实施例不仅可将定向钻孔精确控制于坚硬顶板岩层中，还能有效降低坚硬顶板的岩石强度，破坏岩石的整体连续性，实现顶板的有效弱化，消除或者减小顶板悬顶面积，超前解除工作面回采强矿压危险；同时，整个工作面坚硬顶板的有效垮落，可降低临近巷道岩层压力，简化巷道支护方式，极大程度减小巷道返修工程量，从而降低巷道维护成本。

Roof weakening method

【技术实现步骤摘要】
顶板弱化解危方法
本专利技术涉及煤矿
，具体涉及一种顶板弱化解危方法。
技术介绍
我国是世界煤炭资源最丰富国家之一，但在地质历史中，我国经历多期构造运动，盆地复合叠加现象明显，导致煤层整体赋存条件较为复杂。据统计，我国有近1/3的煤层为坚硬顶板，且分布广泛。该上覆坚硬顶板主要为煤层顶板厚度稳定、强度高、整体性较好且难垮落的岩层，其稳定的力学性质及工作面支护结构导致顶板悬顶面积较大。随着工作面的推进逐渐增加，当顶板难以支撑时，悬顶突然垮落，使采场形成大面积来压，并在厚硬岩层的大垮落步距的作用下，大幅提高来压强度，进而造成采场中的工作面和两巷的支护结构大面积折损破坏，垮落过程形成的冲击矿压和强烈动载使巷道及围岩变形垮塌，同时造成邻近巷道、运输线路、管线造成严重破坏，极大威胁井下施工人员的安全，严重的制约了煤矿安全高效生产。目前，针对坚硬顶板问题治理的方法主要为被动支护：采取液压支架、特殊填充巷道或者工作面支撑坚硬顶板岩层来避免坚硬顶板突然冒落。专利技术人在实现本专利技术的过程中发现，现有的被动支付方法并不能从根本上治理坚硬顶板，无法解除大面积悬顶造成的冲击矿压危险。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提出一种顶板弱化解危方法，以解决上述技术问题。本专利技术实施例还提供一种顶板弱化解危方法，其包括：确定上覆岩体的关键层；在所述关键层内布设定向钻孔；施工所述定向钻孔；所述定向钻孔施工完成后，将压裂设备输送至定向钻孔内进行分段压裂。可选地，确定上覆岩体的关键层包括：获取煤层直接顶上存在的上覆岩体的层数m；根据公式计算煤层直接顶上方第n层和第n+1层岩体的挠度，其中，q1|n+1为第n+1层岩体的挠度，hi为第i层岩体的厚度；γi为第i层岩体的容重；Ei为第i层岩体的弹性模量；i＝1、2…m，n+1≤m；当q1|n+1＜q1|n时，则将第n+1层岩体作为关键层。可选地，在所述关键层内布设定向钻孔包括：根据公式∑H＝M/(Kp-1)计算垮落带岩体充满采空区所需要的岩体厚度H，其中，M为采高；Kp为岩石破碎后的碎胀系数；根据所述岩体厚度确定所述定向钻孔在所述关键层的布设位置，其中，定向钻孔的孔底与煤层直接顶的距离为H。可选地，根据所述岩体厚度确定所述定向钻孔在所述关键层的布设位置，之后还包括：获取工作面的宽度L；获取压裂设备的压裂影响半径d；根据公式N＝L/2d-1计算定向钻孔的数量N；将N个定向钻孔设置在关键层的布设位置处，其中，每个定向钻孔的延伸方向均与工作面的掘进方向平行。可选地，施工所述定向钻孔包括：获取距离煤层直接顶预定距离内的地质信息；根据所述地质信息、定向钻孔在关键层中的布设位置、以及钻场的位置，得出所述定向钻孔的设计轨迹；根据所述设计轨迹利用定向钻机施工所述定向钻孔；实时获取定向钻孔的三维空间轨迹信息；根据所述三维空间轨迹信息和设计轨迹实时调整定向钻机的钻具。可选地，所述定向钻孔施工完成后，将压裂设备输送至定向钻孔内进行分段压裂包括：所述定向钻孔施工完成后，对所述定向钻孔进行洗孔、扫孔；将压裂设备输送至定向钻孔内进行分段压裂。可选地，将压裂设备输送至定向钻孔内进行分段压裂包括：根据定向钻孔的长度确定待压裂次数；根据所述待压裂次数对定向钻孔分段，确定待压裂位置；按照引鞋、单流阀、第一封孔胶囊、节流器、第二封孔胶囊、高压管路和孔口装置的顺序组装压裂设备；利用定向钻机将所述压裂设备输送至距离定向钻孔孔底最近的待压裂位置；按照所述定向钻孔孔底至孔口的方向逐一压裂所述待压裂位置。可选地，还包括：实时监测压裂设备的压裂力和注液量；根据所述压裂力和注液量对待压裂位置的压裂效果进行评价。可选地，按照所述定向钻孔孔底至孔口的方向逐一压裂所述待压裂位置之后，还包括：利用定向钻机将压裂设备由定向钻孔内拖出回收。可选地，所述定向钻孔为定向水平钻孔。本专利技术实施例提供的顶板弱化解危方法通过在关键层内设计和施工定向钻孔，通过压裂设备压裂定向钻孔，不仅可将定向钻孔精确控制于坚硬顶板岩层中，还能有效降低坚硬顶板的岩石强度，破坏岩石的整体连续性，实现顶板的有效弱化，消除或者减小顶板悬顶面积，超前解除工作面回采强矿压危险；同时，整个工作面坚硬顶板的有效垮落，可降低临近巷道岩层压力，简化巷道支护方式，极大程度减小巷道返修工程量，从而降低巷道维护成本，提高作业的安全系数。附图说明图1是本专利技术实施例的顶板弱化解危方法的流程图。图2是本专利技术实施例的压裂设备的工作示意图。图3是本专利技术实施例的定向钻孔的分布图。图4是本专利技术实施例的S100的流程图。图5是本专利技术实施例的S200的流程图。图6是本专利技术实施例的S300的流程图。图7是本专利技术实施例的S420的流程图。具体实施方式以下结合附图以及具体实施例，对本专利技术的技术方案进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。图1示出了本专利技术实施例的顶板弱化解危方法的流程图，如图1所示，本专利技术实施例提供的顶板弱化解危方法，主要适用于坚硬顶板超前弱化，该方法包括：S100，确定上覆岩体的关键层；煤层上覆岩层存在一定的关键层，关键层指的是对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层。随着工作面回采的不断进行，煤层直接顶预先垮落，直接顶上方的关键层坚硬难垮落。S200，在所述关键层内布设定向钻孔；在本专利技术实施例中，定向钻孔的深度一般在500米以上。S300，施工所述定向钻孔；利用定向钻机在关键层9内施工定向钻孔10。如图2所示，定向钻孔10为定向水平钻孔。如图3所示，定向钻孔10可超前布置在采空区7的顶板上，对未实现顶板完全垮落位置进行弱化，以使定向钻孔10下方的顶板全部垮落。S400，所述定向钻孔施工完成后，将压裂设备输送至定向钻孔内进行分段压裂。利用定向钻机将压裂设备输送至待压裂位置，压裂设备对定向钻孔进行分段压裂。本专利技术实施例提供的顶板弱化解危方法通过在关键层内设计和施工定向钻孔，通过压裂设备压裂定向钻孔，不仅可将定向钻孔精确控制于坚硬顶板岩层中，还能有效降低坚硬顶板的岩石强度，破坏岩石的整体连续性，实现顶板的有效弱化，消除或者减小顶板悬顶面积，超前解除工作面回采强矿压危险；同时，整个工作面坚硬顶板的有效垮落，可降低临近巷道岩层压力，简化巷道支护方式，极大程度减小巷道返修工程量，从而降低巷道维护成本，提高作业的安全系数。进一步地，如图4所示，S100，确定上覆岩体的关键层包括：S110，获取煤层直接顶上存在的上覆岩体的层数m；依据关键层判识理论，结合工作面顶板岩层组合分布特征，确定上覆岩体的层数为m。以煤层直接顶上方第一层岩层为关键层，其所能控制的岩体位于该关键层上方的第n层。S120，根据公式计算煤层直接顶上方第n层和第n+1层岩体的挠度；其中，q1|n+1为第n+1层岩体的挠度，hi为第i层岩体的厚度；γi为第i层岩体的容重；Ei为第i层岩体的弹性模量；i＝1、2…m，n+1＜m。S130，当q1|n+1＜q1|n时，则将第n+1层岩体作为关键层。q1|n+1＜q1|n表示第n层岩体的挠度大于第n+1层岩体挠度。由于第n层的变形大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顶板弱化解危方法，其特征在于，包括：确定上覆岩体的关键层；在所述关键层内布设定向钻孔；施工所述定向钻孔；所述定向钻孔施工完成后，将压裂设备输送至定向钻孔内进行分段压裂。

【技术特征摘要】
1.一种顶板弱化解危方法，其特征在于，包括：确定上覆岩体的关键层；在所述关键层内布设定向钻孔；施工所述定向钻孔；所述定向钻孔施工完成后，将压裂设备输送至定向钻孔内进行分段压裂。2.如权利要求1所述的顶板弱化解危方法，其特征在于，确定上覆岩体的关键层包括：获取煤层直接顶上存在的上覆岩体的层数m；根据公式计算煤层直接顶上方第n层和第n+1层岩体的挠度，其中，q1|n+1为第n+1层岩体的挠度，hi为第i层岩体的厚度；γi为第i层岩体的容重；Ei为第i层岩体的弹性模量；i＝1、2…m，n+1≤m；当q1|n+1＜q1|n时，则将第n+1层岩体作为关键层。3.如权利要求2所述的顶板弱化解危方法，其特征在于，在所述关键层内布设定向钻孔包括：根据公式∑H＝M/(Kp-1)计算垮落带岩体充满采空区所需要的岩体厚度H，其中，M为采高；Kp为岩石破碎后的碎胀系数；根据所述岩体厚度确定所述定向钻孔在所述关键层的布设位置，其中，定向钻孔的孔底与煤层直接顶的距离为H。4.如权利要求3所述的顶板弱化解危方法，其特征在于，根据所述岩体厚度确定所述定向钻孔在所述关键层的布设位置，之后还包括：获取工作面的宽度L；获取压裂设备的压裂影响半径d；根据公式N＝L/2d-1计算定向钻孔的数量N；将N个定向钻孔设置在关键层的布设位置处，其中，每个定向钻孔的延伸方向均与工作面的掘进方向平行。5.如权利要求4所述的顶板弱化解危方法，其特征在于，施工所述定向钻孔包括：获取距离煤层直接顶预...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊哲，虎维岳，罗文，王振荣，郑凯歌，李延军，张俭，高亮，陈殿赋，康健，庞乃勇，高振宇，杨茂林，高小伟，江球，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，神华神东煤炭集团有限责任公司，中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11