煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置及卸压方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及矿山巷道工程稳定控制技术领域，公开了一种煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置及卸压方法，包括：钻孔结构，用于从巷道的顶板朝巷道上方的围岩斜向打孔以形成注浆压裂孔；注浆结构，设置在巷道内并通过所述注浆压裂孔向巷道上方的顶板裂隙发育区注入浆液，以使得裂隙发育区中的破碎围岩粘接为一体；以及水力压裂卸压结构，设置在所述巷道内并能伸入到所述注浆压裂孔内，沿所述注浆压裂孔的轴向进行压裂，以形成能切断所述巷道顶板岩层的裂缝。该煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置具有有效避免在进行水力压裂前发生钻孔坍塌的优点。

Hydraulic seam cutting pressure relief device and pressure relief method for broken surrounding rock roof of coal mine roadway

【技术实现步骤摘要】
煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置及卸压方法
本专利技术涉及矿山巷道工程稳定控制
，特别是涉及一种煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置及卸压方法。
技术介绍
矿山巷道尤其是回采巷道是保障煤矿安全高效开采的地下通道，其围岩稳定与否与煤矿安全高效开采密切相关。注浆用于巷道围岩可以对巷道围岩裂隙进行密集充填，起到加固破碎围岩的作用。巷道顶板水力预制裂缝可以将顶板岩层切断使其失去传递力的作用，进而卸掉顶板压力对其下部巷道围岩起到稳定控制的作用。部分回采巷道除了本工作面开采使用以外，还会被保留下来作为下一个工作面的回采巷道。这样，回采巷道往往受工作面两次采动的影响，巷道煤柱与实体煤上方势必会形成高应力集中区，分别为AγH和BγH(A>1；B>1)，受高应力集中区AγH和BγH的影响巷道围岩往往会出现严重变形和破坏的现象，即出现严重的顶板下沉、片帮与底鼓，如图1所示。由于回采巷道的严重变形和破坏，严重地制约了工作面的安全高效生产。这时人们往往会借助水力预制裂缝的方法，在工作面上方的顶板预制裂缝，从而使顶板失去传递力的作用，进而消减顶板的高应力区AγH和BγH为A’γH和B’γH(A’<A；B’<B)，使回采巷道围岩变形破坏得以大幅降低，如图2所示。水力预制裂缝技术的一个关键步骤为：在回采巷道内向顶板打设水力压裂钻孔，且要保证钻孔完整不坍塌。由于回采巷道会先于工作面提前掘出，往往提前数月之久甚至更长。受围岩性质与高地应力影响，巷道围岩裂隙难免发育形成裂隙发育区。当水力压裂钻孔打设顶板岩层裂隙发育区后，往往还未来得及进行水力压裂预制裂缝就出现钻孔坍塌封堵的现象，如图3所示。随着水力压裂钻孔的坍塌，就会导致水力预制裂缝工作中断，不得不补打钻孔，这不仅会严重影响施工进度与卸压质量，而且还会增大人力、物力与财力的投入，致使生产成本大幅增加。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置及卸压方法，以解决现有技术中受围岩性质与高地应力影响，巷道围岩裂隙难免发育形成裂隙发育区，当水力压裂钻孔打设顶板岩层裂隙发育区后，往往还未来得及进行水力压裂预制裂缝就出现了钻孔坍塌封堵的现象，从而严重影响施工进度与卸压质量的技术问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，根据本专利技术的第一方面，提供一种煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置，包括：钻孔结构，用于从巷道的顶板朝巷道上方的围岩斜向打孔以形成注浆压裂孔；注浆结构，设置在巷道内并通过所述注浆压裂孔向巷道上方的顶板裂隙发育区注入浆液，以使得裂隙发育区中的破碎围岩粘接为一体；以及水力压裂卸压结构，设置在所述巷道内并能伸入到所述注浆压裂孔内，沿所述注浆压裂孔的轴向进行压裂，以形成能切断所述顶板的裂缝。其中，所述注浆结构包括设置在所述巷道内的注浆泵和与所述注浆泵相连接并能伸入到所述注浆压裂孔内的注浆管。其中，所述注浆结构还包括设置在所述注浆压裂孔内并靠近所述巷道的端部的注浆钻孔封堵器。其中，所述注浆管包括与所述注浆泵的出口相连接的第一段注浆管和与所述第一段注浆管对接连通并能伸入到所述注浆压裂孔内的第二段注浆管，其中，所述第二段注浆管穿过所述注浆钻孔封堵器。其中，所述水力压裂卸压结构包括设置在所述巷道内的加压水泵以及与所述加压水泵相连接并能伸入到所述注浆压裂孔内的水管组。其中，所述水力压裂卸压结构还包括设置在所述注浆压裂孔内的上水力压裂封孔器和下水力压裂封孔器，其中，所述上水力压裂封孔器与所述下水力压裂封孔器沿所述注浆压裂孔的轴向呈间隔式设置。其中，所述水管组包括设置在所述注浆压裂孔内并呈间隔式设置的第一水管和第二水管，其中，所述第一水管的第一端与所述加压水泵相连接，所述第一水管的第二端穿过所述下水力压裂封孔器并伸入到所述上水力压裂封孔器内，在所述第一水管对应所述上水力压裂封孔器的端部构造有出水孔；所述第二水管的第一端与所述加压水泵相连接，所述第二水管的第二端穿过所述下水力压裂封孔器并位于所述下水力压裂封孔器和所述上水力压裂封孔器之间。其中，所述注浆压裂孔包括注浆孔和水力压裂孔，其中，所述注浆孔与所述水力压裂孔的中心线相重合。根据本专利技术的第二方面，还提供一种煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压方法，包括：在巷道上方的顶板裂隙发育区进行钻注浆孔；对注浆孔靠近巷道的端部进行封堵并向所述注浆孔内进行注浆；待裂隙发育区内的破碎围岩间注满浆液并粘结为一体后，在巷道上方的顶板对应所述注浆孔的部位进行钻水力压裂孔；沿水力压裂孔的轴向对水力压裂孔进行压裂以形成切断巷道上方的顶板的裂缝。其中，所述注浆孔的深度与裂隙发育区中的破碎围岩的裂隙发育深度相适配。(三)有益效果本专利技术提供的煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置，与现有技术相比，具有如下优点：本申请通过先构造注浆压裂孔，通过该注浆压裂孔向巷道上方的顶板的裂隙发育区注入浆液，以使得裂隙发育区中的破碎围岩粘接为一体，沿该注浆压裂孔的轴向进行压裂，以形成能切断该顶板的裂缝。可见，本申请通过采用先注浆加固巷道的上方的裂隙发育区内的破碎围岩，然后通过注浆压裂孔继续施工压裂，克服了传统水力压裂顶板装置在压裂顶板岩层时压裂钻孔大规模坍塌的缺陷。本申请可大幅提高水力压裂钻孔的稳定度，使水力预制裂缝成功率大幅增加。这样，即保证了切顶卸压效果，又大幅降低了补打钻孔的投入。附图说明图1为现有技术中的高应力作用下回采巷道变形破坏示意图；图2为现有技术中的顶板预制裂缝后回采巷道变形降低示意图；图3为现有技术中的裂隙发育区水力压裂钻孔坍塌示意图；图4为本专利技术的实施例的煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置进行注浆的结构示意图；图5为本专利技术的实施例的煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置进行水力压裂并形成裂缝的结构示意图；图6为本专利技术的实施例的煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压方法的步骤流程示意图。附图标记：1：钻孔结构；200：巷道；201：顶壁；202：顶板；20：注浆压裂孔；20a：注浆孔；20b：水力压裂孔；2：注浆结构；21：注浆泵；22：注浆管；221：第一段注浆管；222：第二段注浆管；23：注浆钻孔封堵器；203：破碎围岩；3：水力压裂卸压结构；31：加压水泵；32：水管组；321：第一水管；322：第二水管；33：上水力压裂封孔器；34：下水力压裂封孔器；4：裂缝。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置，其特征在于，包括：/n钻孔结构，用于从巷道的顶板朝巷道上方的围岩斜向打孔以形成注浆压裂孔；/n注浆结构，设置在巷道内并通过所述注浆压裂孔向巷道上方的顶板裂隙发育区注入浆液，以使得裂隙发育区中的破碎围岩粘接为一体；以及/n水力压裂卸压结构，设置在所述巷道内并能伸入到所述注浆压裂孔内，沿所述注浆压裂孔的轴向进行压裂，以形成能切断所述顶板岩层的裂缝。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置，其特征在于，包括：
钻孔结构，用于从巷道的顶板朝巷道上方的围岩斜向打孔以形成注浆压裂孔；
注浆结构，设置在巷道内并通过所述注浆压裂孔向巷道上方的顶板裂隙发育区注入浆液，以使得裂隙发育区中的破碎围岩粘接为一体；以及
水力压裂卸压结构，设置在所述巷道内并能伸入到所述注浆压裂孔内，沿所述注浆压裂孔的轴向进行压裂，以形成能切断所述顶板岩层的裂缝。


2.根据权利要求1所述的煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置，其特征在于，所述注浆结构包括设置在所述巷道内的注浆泵和与所述注浆泵相连接并能伸入到所述注浆压裂孔内的注浆管。


3.根据权利要求2所述的煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置，其特征在于，所述注浆结构还包括设置在所述注浆压裂孔内并靠近所述巷道的端部的注浆钻孔封堵器。


4.根据权利要求3所述的煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置，其特征在于，所述注浆管包括与所述注浆泵的出口相连接的第一段注浆管和与所述第一段注浆管对接连通并能伸入到所述注浆压裂孔内的第二段注浆管，其中，所述第二段注浆管穿过所述注浆钻孔封堵器。


5.根据权利要求1所述的煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置，其特征在于，所述水力压裂卸压结构包括设置在所述巷道内的加压水泵以及与所述加压水泵相连接并能伸入到所述注浆压裂孔内的水管组。


6.根据权利要求5所述的煤矿巷道破碎围岩顶板水力切缝卸压装置，其特征在于，所述水力压裂卸压结构还包括设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪占领，万峰，张洪清，王立艳，郭洁，郭罡业，石蒙，王玉清，董昊福，陈存强，李文洲，
申请(专利权)人：扎赉诺尔煤业有限责任公司，天地科技股份有限公司，华能庆阳煤电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15