顶板弱化方法技术

本发明专利技术涉及煤矿矿山压力与岩层应力控制技术领域，尤其涉及一种顶板弱化方法，包括收集顶板地质条件；根据收集到的顶板地质条件确定弱化条带的结构参数，所述弱化条带的结构参数包括弱化条带的空间位置、宽度、厚度和弱化系数；在顶板内制出钻孔，并经由所述钻孔采用水力压裂措施在顶板内形成沿巷道轴向的弱化条带。本发明专利技术提供的顶板弱化方法通过水力压裂措施来预先处理坚硬顶板，对坚硬顶板进行改性弱化，促进条带弱化内部裂隙的发育，降低其整体的强度，从而维护坚硬顶板下位巷道的安全，防止冲击地压灾害的发生；本发明专利技术提供的顶板弱化方法可以有效减少巷道冲击地压灾害的出现。

【技术实现步骤摘要】
顶板弱化方法
本专利技术涉及煤矿矿山压力与岩层应力控制
，尤其涉及一种顶板弱化方法。
技术介绍
煤矿井工开采过程中，坚硬顶板巷道易发生冲击地压事故，严重威胁着井下人员的人身安全，且会造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响。我国目前是世界上遭受冲击地压威胁最严重的国家；据统计，截至2017年，全国冲击地压矿井数量已达到329个，分布于全国20多个省市自治区，冲击地压灾害危害程度高。导致冲击地压的因素有多种，坚硬顶板的存在是关键因素之一；坚硬顶板是指赋存在煤层上方强度高、厚度大、整体性好的岩层，煤层回采后可以形成大面积悬露而不能及时自行垮落，直到达到其最大的悬露长度。在此过程中坚硬顶板集聚大量的能量，并在下位岩层中产生高度的应力集中，断裂时极易诱发一定范围内的巷道冲击地压事故。由于坚硬顶板会诱发冲击地压事故，因此对坚硬顶板的弱化就成为有效防治冲击地压的重要手段。弱化之后的顶板的强度降低、连续性变弱，可以随着下位煤层回采后而及时自行垮落，由此降低巷道周围岩层的应力集中程度和断裂冲击能量，从而削弱或解除冲击地压的危害。现有技术中对坚硬顶板的弱化措施多是在巷道掘进完成后或回采过程中进行，无法对巷道掘进过程中上方顶板的冲击地压事故进行有效预防。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。本专利技术提供的顶板弱化方法，包括：收集顶板地质条件；根据收集到的顶板地质条件确定弱化条带的结构参数，所述弱化条带的结构参数包括弱化条带的空间位置、宽度、厚度和弱化系数；在顶板内制出钻孔，并经由所述钻孔采用水力压裂措施在顶板内形成沿巷道轴向的弱化条带。在一个实施例中，所述收集顶板地质条件包括收集巷道围岩的应力信息、收集巷道围岩的结构信息和收集巷道围岩的物源信息。在一个实施例中，所述顶板弱化方法还包括在所述收集顶板地质条件之前在巷道内布置钻孔应力计、空心包体应力计以及液压支架应力监测设备中的一种或多种。在一个实施例中，所述收集巷道围岩的结构信息包括：统计并分析回采工作面的走向来压规律和倾向来压规律；针对回采工作面的走向来压规律和倾向来压规律对顶板岩层受开采影响而形成的空间进行结构信息获取。在一个实施例中，所述根据收集到的顶板地质条件确定弱化条带的结构参数还包括根据巷道围岩的应力信息、巷道围岩的结构信息、巷道围岩的物源信息确定弱化条带的致裂角度、距巷道表面深度和致裂孔径。在一个实施例中，在巷道掘进之前实施所述在顶板内形成沿巷道轴向的弱化条带。在一个实施例中，在超前回采工作面一定距离处实施所述在顶板内形成沿巷道轴向的弱化条带。在一个实施例中，所述钻孔沿巷道轴向设置，包括依次连接的近孔口段、过渡段和主体段；所述过渡段用于爬坡和转向；所述主体段由所述过渡段开始向所述巷道倾斜设置。在一个实施例中，所述水力压裂措施包括采用分段压裂工具串进行后退式分段压裂作业，所述分段压裂工具串包括封隔器和定压开启器。在一个实施例中，在所述在顶板内形成沿巷道轴向的弱化条带之后还包括压裂效果监测，所述压裂效果监测包括：借助微震监测技术对比布置弱化条带和未布置弱化条带的巷道在工作面推进过程中大能量事件的发生频次和级别的变化；对比监测液压支架所反映的压力信息在顶板的弱化条带和未布置弱化条带区的变化，以此推断来压步距、来压强度的变化；对比监测布置弱化条带和未布置弱化条带的巷道的锚杆、锚索受力的变化。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的顶板弱化方法通过压裂措施来处理坚硬顶板，对一定范围的坚硬顶板进行改性弱化，促进弱化条带内部裂隙的发育，降低顶板整体的强度，从而维护顶板下巷道的安全，防止冲击地压灾害的发生。附图说明图1是本专利技术实施例的弱化条带的立体结构示意图；图2是巷道及顶板的垂直于工作面推进方向的截面示意图；图3是巷道的平行于工作面推进方向的截面示意图；图4是本专利技术实施例的弱化条带的垂直于工作面推进方向的截面示意图；图5是本专利技术实施例的弱化条带的平行于工作面推进方向的截面示意图；图6是本专利技术实施例的分段压裂工具串的局部视图；图7是本专利技术实施例的显示弱化条带对静载荷的弱化效果示意图；图8是本专利技术实施例的显示弱化条带对动载荷的偏转效果示意图；图9是本专利技术实施例的显示弱化条带对冲击能量源的偏转效果示意图；附图标记说明：1、弱化条带；2、待弱化顶板；3、下位顶板；4、巷道；5、回采工作面；6、煤柱；7、围岩；8、锚杆、9、冲击能量源；10、弱偏转区；11、强偏转区；12、无偏转区；13、高应力区；14、中应力区；15、低应力区；16、分段压裂工具串；161、封隔器；162、定压开启器；17、弱化条带分界面；18、压裂泵；19、水箱；20、变频器；21、控制台；a、巷道的宽度；b、巷道的高度；c、巷道支护范围的高度；d、弱化条带和支护外边界的距离；e、弱化条带的高度；f、弱化条带的宽度；θ1、弱化条带左边端部与巷道中心连线与水平线的夹角；θ2、弱化条带右边端部与巷道中心连线与水平线的夹角。具体实施方式为使专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合专利技术中的附图，对专利技术中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于专利技术保护的范围。在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术实施例中的具体含义。在本专利技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种顶板弱化方法，其特征在于，包括：/n收集顶板地质条件；/n根据收集到的顶板地质条件确定弱化条带的结构参数，所述弱化条带的结构参数包括弱化条带的空间位置、宽度、厚度和弱化系数；/n在顶板内制出钻孔，并经由所述钻孔采用水力压裂措施在顶板内形成沿巷道轴向的弱化条带。/n

【技术特征摘要】
1.一种顶板弱化方法，其特征在于，包括：
收集顶板地质条件；
根据收集到的顶板地质条件确定弱化条带的结构参数，所述弱化条带的结构参数包括弱化条带的空间位置、宽度、厚度和弱化系数；
在顶板内制出钻孔，并经由所述钻孔采用水力压裂措施在顶板内形成沿巷道轴向的弱化条带。


2.根据权利要求1所述的顶板弱化方法，其特征在于，所述收集顶板地质条件包括收集巷道围岩的应力信息、收集巷道围岩的结构信息和收集巷道围岩的物源信息。


3.根据权利要求2所述的顶板弱化方法，其特征在于，所述顶板弱化方法还包括在所述收集顶板地质条件之前在巷道内布置钻孔应力计、空心包体应力计以及液压支架应力监测设备中的一种或多种。


4.根据权利要求2所述的顶板弱化方法，其特征在于，所述收集巷道围岩的结构信息包括：
统计并分析回采工作面的走向来压规律和倾向来压规律；
针对回采工作面的走向来压规律和倾向来压规律对顶板岩层受开采影响而形成的空间进行结构信息获取。


5.根据权利要求2所述的顶板弱化方法，其特征在于，所述根据收集到的顶板地质条件确定弱化条带的结构参数还包括根据巷道围岩的应力信息、巷道围岩的结构信息、巷道围岩的物源信息确定弱化条带的致裂角度、距巷道表面深度和致裂孔径。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠文君，郑建伟，郑仰发，孙晓冬，褚晓威，付玉凯，孙刘伟，
申请(专利权)人：中煤科工开采研究院有限公司，天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11