利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及煤炭开采技术领域，尤其涉及一种利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法及装置。本发明专利技术的利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法包括如下步骤：获取工作面的地质状态，以确定工作面的顶板和煤柱的结构数据；结合上述数据，由内回采巷道向煤柱上方的顶板斜向钻孔，得到水力压裂卸压孔；沿内回采巷道的长度方向间隔预设距离多次钻孔，以得到多个顺次排列的水力压裂卸压孔；在每个水力压裂卸压孔上的多个预设位置处分别进行水力压裂卸压处理，以形成多条切割裂缝；沿每个水力压裂卸压孔的各条切割裂缝切断顶板。该方法及装置能缓解超前和残余支承压力对外回采巷道稳定性的影响，达到回采巷道卸压、缓解片帮和底鼓的目的。

Method and device for controlling mining roadway remaining by hydraulic fracturing pressure relief

The invention relates to the technical field of coal mining, and in particular relates to a method and a device for controlling a roadway in a coal mine by using hydraulic fracturing and pressure relief. By using the method of hydraulic fracturing pressure relief control mining roadway roadway comprises the following steps: acquiring the geological state of working face, to determine the data structure of the roof and coal pillar; combined with the above data, from the gateway to the roof above the coal pillar inclined drilling, by hydraulic fracturing pressure relief hole length; at intervals along the roadway within a preset distance multiple drilling, pressure relief hole to get the hydraulic fracturing multiple seriating respectively; hydraulic fracturing pressure relief hydraulic fracturing treatment in each unloading multiple preset position pressure hole, to form a plurality of cutting along each crack; hydraulic fracturing pressure unloading each hole cutting crack cut off the roof. The method and the device can alleviate the influence of the advance and the residual bearing pressure on the stability of the mining gateway, and achieve the purpose of reducing the pressure of the mining roadway and relieving the spalling and the bottom drum.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤炭采集
，尤其涉及一种利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法及装置。
技术介绍
我国煤矿以井工开采为主，需要在井下开掘大量的巷道，保持巷道畅通与围岩稳定对煤矿安全生产具有重要意义。回采巷道一般布置在煤层中，巷道围岩的强度一般较小，稳定性较差。我国在山西的潞安矿区、晋城矿区等高瓦斯矿区，很多矿井采煤工作面回采巷道采用两进两回的布置方式，俗称“大U套小U”，大U的巷道全部要留巷，供下一工作面使用。对于该类留巷的回采巷道，往往要经历多次掘进和回采影响，受到工作面的超前支承压力和相邻工作面侧向支承压力的重复作用的较大影响。留巷巷道的变形具有变形速度快、变形量大、变形形式复杂、变形无法稳定等特点。针对此类巷道的维护，通常通过对留巷巷道围岩卸压以达到稳定性维护的目的。目前，现有的卸压方法包括：在巷道底板和两帮切缝，在卸压煤岩体中钻孔，在底板和两帮实施松动爆破，采用卸压煤柱等。上述方法可释放或转移巷道围岩附近岩体中的部分高应力，虽能在一定程度上缓解巷道的动压现象，但往往工程量较大，成本较高，使用爆破方法时，安全性较低，并且卸压效果难以人为控制。因此，并未形成有效并可推广应用的留巷巷道卸压方法。鉴于上述
技术介绍
的缺陷，本专利技术提供了一种利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法及装置。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供了一种利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法及装置，能够实现顶板的应力转移和围岩弱化，从而减轻采煤工作面回采时导致的悬臂顶板对外围留巷巷道的影响，释放侧向支撑压力，控制外围留巷巷道的大变形。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法，包括如下步骤：获取工作面的地质状态，以确定所述工作面的顶板和煤柱的结构数据，其中，所述工作面的两端由内至外各设有一条内回采巷道和一条外回采巷道，所述煤柱设置在内回采巷道和外回采巷道之间；结合所述顶板和煤柱的结构数据，由所述内回采巷道向煤柱上方的顶板斜向钻孔，得到水力压裂卸压孔；沿所述内回采巷道的长度方向间隔预设距离多次钻孔，以得到多个顺次排列的所述水力压裂卸压孔；在每个所述水力压裂卸压孔上的多个预设位置处分别进行水力压裂卸压处理，以形成多条切割裂缝；沿每个所述水力压裂卸压孔的各条切割裂缝切断顶板。进一步的，所述获取工作面的地质状态，以确定所述工作面的顶板和煤柱的结构数据，进一步包括：根据所述采煤工作面或掘进工作面的地质柱状图、或通过钻孔窥视，确定所述顶板的结构数据。进一步的，所述顶板的结构数据包括所述顶板的层位、厚度、岩体强度和地应力数据中的一种或几种组合。进一步的，所述由内回采巷道向煤柱上方的顶板斜向钻孔，得到水力压裂卸压孔，沿所述内回采巷道的长度方向间隔预设距离多次钻孔，以得到多个顺次排列的所述水力压裂卸压孔，进一步包括：在所述内回采巷道内，以预设间距多次向所述煤柱上方的顶板内斜向打孔，每次打孔均按照预设深度和预设角度进行，以得到沿所述内回采巷道长度方向顺次排列的多个水力压裂卸压孔。进一步的，所述预设间距为10～20m，所述预设深度为15～50m；所述预设角度包括预设仰角角度和预设投影角度，所述预设仰角角度为以水平面为基准仰角的角度为45°～60°，所述预设投影角度为所述预设仰角角度的投影与所述煤柱的侧壁夹角为40°～50°。进一步的，所述预设间距为15m，所述预设深度为20m，所述预设仰角角度为以水平面为基准仰角的角度为53°，所述预设投影角度为所述预设仰角角度的投影与所述煤柱的侧壁夹角为45°。进一步的，所述在每个水力压裂卸压孔上的多个预设位置处分别进行水力压裂卸压处理，以形成多条切割裂缝，进一步包括：确定所述水力压裂卸压孔上的多个预设位置，在每个所述预设位置开槽，得到多个切槽；在每个所述切槽的前后位置封孔；分别向每个所述切槽内注入加压后的水，利用所述水的压力作用分别使每个所述切槽的两侧开裂，以形成多条所述切割裂缝。进一步的，所述水力压裂卸压孔上的每个预设位置之间的间距为3～4m。进一步的，所述沿每个水力压裂卸压孔的各条切割裂缝切断顶板，进一步包括：通过各条切割裂缝将各个所述水力压裂卸压孔之间贯通。本专利技术还提供了一种利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的装置，包括：数据获取单元，用于获取工作面的地质状态，以确定所述工作面的顶板和煤柱的结构数据，其中，所述工作面的两端由内至外各设有一条内回采巷道和一条外回采巷道，所述煤柱设置在内回采巷道和外回采巷道之间；钻孔单元，用于根据所述顶板和煤柱的结构数据，由所述内回采巷道向煤柱上方的顶板斜向钻孔，得到水力压裂卸压孔，沿所述内回采巷道的长度方向间隔预设距离多次钻孔，以得到多个顺次排列的所述水力压裂卸压孔；水力压裂卸压处理单元，用于在每个所述水力压裂卸压孔上的多个预设位置处分别进行水力压裂卸压处理，以形成多条切割裂缝，沿每个所述水力压裂卸压孔的各条切割裂缝切断顶板。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有以下有益效果：本专利技术的利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法包括如下步骤：获取工作面的地质状态，以确定工作面的顶板和煤柱的结构数据；结合上述数据，由内回采巷道向煤柱上方的顶板斜向钻孔，得到水力压裂卸压孔；沿内回采巷道的长度方向间隔预设距离多次钻孔，以得到多个顺次排列的水力压裂卸压孔；在每个水力压裂卸压孔上的多个预设位置处分别进行水力压裂卸压处理，以形成多条切割裂缝；沿每个水力压裂卸压孔的各条切割裂缝切断顶板。该方法及装置通过定向的水力压裂卸压处理，使得煤柱上方顶板的高应力岩层中形成一个弱化带，以削弱外回采巷道周围的高应力、或将高应力转移到远离外回采巷道的煤岩体中，有效释放侧向支撑压力，控制外回采巷道的变形量在可控范围内，从而缓解超前和残余支承压力对外回采巷道稳定性的影响，达到回采巷道卸压、缓解片帮和底鼓的目的。附图说明图1为本专利技术实施例的工作面的布置结构图；图2为本专利技术实施例的水力压裂卸压孔的钻取结构示意图。其中，1、煤柱；2、内回采巷道；3、外回采巷道；4、顶板；5、水力压裂卸压孔；6、切槽；7、切割裂缝。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不能用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。我国在山西的潞安矿区、晋城矿区等高瓦斯矿区，很多矿井的采煤工作面的回采巷道采用两进两回的布置方式，俗称“大U套小U”，大U的巷道全部要留巷，供下一工作面使用。如图1所示，工作面为采煤工作面或掘进工作面，工作面的两侧各设有两条回采巷道，共计四条回采巷道，分别为两条内回采巷道2和两条外回采巷道3，其中，两条外回采巷道3为留巷巷道，不仅要为一个工作面服务，还要为下一工作面服务，因此外回采巷道3的维护极为困难。如图1、图2所示，本实施例的利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法及装置通过定向的水力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法，其特征在于，包括如下步骤：获取工作面的地质状态，以确定所述工作面的顶板和煤柱的结构数据，其中，所述工作面的两端由内至外各设有一条内回采巷道和一条外回采巷道，所述煤柱设置在内回采巷道和外回采巷道之间；结合所述顶板和煤柱的结构数据，由所述内回采巷道向煤柱上方的顶板斜向钻孔，得到水力压裂卸压孔；沿所述内回采巷道的长度方向间隔预设距离多次钻孔，以得到多个顺次排列的所述水力压裂卸压孔；在每个所述水力压裂卸压孔上的多个预设位置处分别进行水力压裂卸压处理，以形成多条切割裂缝；沿每个所述水力压裂卸压孔的各条切割裂缝切断顶板。

【技术特征摘要】
1.一种利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法，其特征在于，包括如下步骤：获取工作面的地质状态，以确定所述工作面的顶板和煤柱的结构数据，其中，所述工作面的两端由内至外各设有一条内回采巷道和一条外回采巷道，所述煤柱设置在内回采巷道和外回采巷道之间；结合所述顶板和煤柱的结构数据，由所述内回采巷道向煤柱上方的顶板斜向钻孔，得到水力压裂卸压孔；沿所述内回采巷道的长度方向间隔预设距离多次钻孔，以得到多个顺次排列的所述水力压裂卸压孔；在每个所述水力压裂卸压孔上的多个预设位置处分别进行水力压裂卸压处理，以形成多条切割裂缝；沿每个所述水力压裂卸压孔的各条切割裂缝切断顶板。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取工作面的地质状态，以确定所述工作面的顶板和煤柱的结构数据，进一步包括：根据所述采煤工作面或掘进工作面的地质柱状图、或通过钻孔窥视，确定所述顶板的结构数据。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述顶板的结构数据包括所述顶板的层位、厚度、岩体强度和地应力数据中的一种或几种组合。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由内回采巷道向煤柱上方的顶板斜向钻孔，得到水力压裂卸压孔，沿所述内回采巷道的长度方向间隔预设距离多次钻孔，以得到多个顺次排列的所述水力压裂卸压孔，进一步包括：在所述内回采巷道内，以预设间距多次向所述煤柱上方的顶板内斜向打孔，每次打孔均按照预设深度和预设角度进行，以得到沿所述内回采巷道长度方向顺次排列的多个水力压裂卸压孔。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设间距为10～20m，所述预设深度为15～50m；所述预设角度包括预设仰角角度和预设投影角度，所述预设仰角角度为以水平面为基准仰角的角度为45°～60°，所述预设投影角度为所述预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴拥政，康红普，吴建星，冯彦军，何杰，方树林，
申请(专利权)人：吴拥政，
类型：发明
国别省市：北京;11