【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿开采，具体地，涉及一种初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法。
技术介绍
1、煤矿工作面初采阶段多采取顶板深孔爆破或水压致裂技术处理煤层上覆岩层，有效促进上覆岩层初次垮落，以确保安全生产，其中，顶板致裂相关技术参数设计是决定卸压效果的关键因素。
2、相关技术中，工作面初采阶段顶板致裂相关技术参数设计多采用工程类比法，即依靠技术人员经验，直接将某a矿工作面初采阶段卸压方案挪到某b矿工作面初采阶段进行实施，或者直接对上覆坚硬厚层顶板进行预裂，针对层位致裂范围存在一定盲目性，往往已经完成顶板致裂工作，但是无法确定工作面推进至何处，上覆坚硬难垮岩层发生破断，进而造成工作面后方大面积悬顶。
3、上述情况直接导致顶板致裂技术对于初采阶段工作面上覆坚硬难垮岩层破断控制效果不佳，造成井下矿压显现严重，特别是对于冲击地压矿井，工作面初采阶段上覆坚硬难垮岩层破断直接影响着井下防冲安全，部分矿井甚至为了促进上覆坚硬难垮岩层破断垮落，不得以将工作面暂时停止回采，安排人员进入工作面附近重复进行顶板预裂施工，这既增加了作业风险，又造成了成本浪费。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、为此，本专利技术实施例提出一种初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，该初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法能够明确关键层的致裂位置和关键层的破断时机，提高初采阶段煤矿工作面顶板致裂效率，进而保证井下开采的安全性。
3、本专利技术实施例的初
4、s1：确定煤层上方待致裂的关键层的位置；
5、s2：确定关键层的垂直高度；
6、s3：确定致裂线顶端距离煤层垂直高度以及致裂线底端距离煤层垂直高度；
7、s4：确定岩层的破断步距，根据所述破断步距确定所述致裂线的位置，且所述破断步距的中点位于所述致裂线在工作面上的水平投影的范围内；
8、s5：由致裂线垂直高度和致裂线在工作面上的水平投影位置确定致裂线的钻孔角度和深度；
9、s6：由致裂线顶端距离煤层垂直高度、致裂线底端距离煤层垂直高度以及工作面推进速度确定破断时机。
10、本专利技术实施例的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法能够明确关键层的致裂位置和关键层的破断时机，提高初采阶段煤矿工作面顶板致裂效率，进而保证井下开采的安全性。
11、在一些实施例中，在步骤s3中，破断步距的计算公式为：
12、；
13、式中，为煤层上方关键层厚度，为煤层上方关键层极限抗拉强度，为煤层上方关键层受到的均布载荷。
14、在一些实施例中，对破断步距与关键层顶部距离煤层的高度进行对比，若，则致裂线在工作面的水平投影覆盖工作面上距离工作面切眼非生产帮煤壁的范围；若，则致裂线在工作面的水平投影覆盖工作面上距离工作面切眼非生产帮煤壁的位置。
15、在一些实施例中，若，致裂线的一端在工作面的水平投影与工作面切眼非生产帮煤壁的间距为，致裂线的另一端在工作面的水平投影与工作面切眼非生产帮煤壁的间距为；若，致裂线的中点在工作面的水平投影与工作面切眼非生产帮煤壁的间距为。
16、在一些实施例中，破断时机包括开始破断的时间和结束破断的时间，开始破断的时间的计算公式为：
17、；
18、结束破断的时间的计算公式为：
19、；
20、式中，为致裂线底端距离煤层垂直高度，为致裂线顶端距离煤层垂直高度，为工作面推进速度。
21、在一些实施例中，在步骤s2中，关键层顶部距离煤层的高度即致裂线顶端距离煤层的垂直高度，关键层底部距离煤层的高度即致裂线底端距离煤层的垂直高度。
22、在一些实施例中，在步骤s2中，需对确定的致裂线顶端距离煤层垂直高度以及致裂线底端距离煤层垂直高度进行校验以确定致裂线垂直高度。
23、在一些实施例中，对相邻工作面在初采期间的大能量微震发生位置与确定的关键层位置进行对比，若相邻工作面在初采期间的大能量微震发生的位置落在煤层上关键层内，则关键层位置准确；若相邻工作面在初采期间的大能量微震发生的位置未落在煤层上关键层内，则需对关键层位置进行复核确认。
24、在一些实施例中，根据岩层关键层理论计算煤层上方待致裂的关键层的位置。
25、在一些实施例中，钻孔沿垂直煤壁方向施工，且钻孔间距为致裂半径的2倍。
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1.一种初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，在步骤S3中，破断步距的计算公式为：
3.根据权利要求2所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，对破断步距与关键层顶部距离煤层的高度进行对比，若，则致裂线在工作面的水平投影覆盖工作面上距离工作面切眼非生产帮煤壁的范围；若，则致裂线在工作面的水平投影覆盖工作面上距离工作面切眼非生产帮煤壁的位置。
4.根据权利要求3所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，若，致裂线的一端在工作面的水平投影与工作面切眼非生产帮煤壁的间距为，致裂线的另一端在工作面的水平投影与工作面切眼非生产帮煤壁的间距为；若，致裂线的中点在工作面的水平投影与工作面切眼非生产帮煤壁的间距为。
5.根据权利要求1所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，破断时机包括开始破断的时间和结束破断的时间，开始破断的时间的计算公式为：
6.根据权利要求1所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，在步骤S2中，关键层顶
7.根据权利要求5所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，在步骤S2中，需对确定的致裂线顶端距离煤层垂直高度以及致裂线底端距离煤层垂直高度进行校验以确定致裂线垂直高度。
8.根据权利要求6所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，对相邻工作面在初采期间的大能量微震发生位置与确定的关键层位置进行对比，若相邻工作面在初采期间的大能量微震发生的位置落在煤层上关键层内，则关键层位置准确；若相邻工作面在初采期间的大能量微震发生的位置未落在煤层上关键层内，则需对关键层位置进行复核确认。
9.根据权利要求1所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，根据岩层关键层理论计算煤层上方待致裂的关键层的位置。
10.根据权利要求1所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，钻孔沿垂直煤壁方向施工，且钻孔间距为致裂半径的2倍。
...【技术特征摘要】
1.一种初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，在步骤s3中，破断步距的计算公式为：
3.根据权利要求2所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，对破断步距与关键层顶部距离煤层的高度进行对比，若，则致裂线在工作面的水平投影覆盖工作面上距离工作面切眼非生产帮煤壁的范围；若，则致裂线在工作面的水平投影覆盖工作面上距离工作面切眼非生产帮煤壁的位置。
4.根据权利要求3所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，若，致裂线的一端在工作面的水平投影与工作面切眼非生产帮煤壁的间距为，致裂线的另一端在工作面的水平投影与工作面切眼非生产帮煤壁的间距为；若，致裂线的中点在工作面的水平投影与工作面切眼非生产帮煤壁的间距为。
5.根据权利要求1所述的初采阶段煤矿工作面顶板致裂方法，其特征在于，破断时机包括开始破断的时间和结束破断的时间，开始破断的时间的计算公式为：
6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：莫云龙，毕慧杰，王宏伟，王健达，李少刚，邓志刚，李宏艳，赵善坤，孙中学，韩琳，刘星，王腾飞，涂琦，
申请(专利权)人：煤炭科学技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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