[发明专利]一种采动覆岩水力割缝的岩层与地表移动分布控制方法

说明书

本发明涉及采矿领域，特别涉及采矿对地表影响领域。一种采动覆岩水力割缝的岩层与地表移动分布控制方法，在煤层工作面巷道顶部上方进行水力割缝，水力割缝钻孔从空间上垂直于巷道，水力割缝钻孔与水平面在煤柱侧的夹角为α_g，水力割缝钻孔从底面到巷道顶部的垂直距离为H_g；根据矿井地质报告中该区域岩层的钻孔柱状图，确定厚硬岩层的位置，从而确定水力割缝钻孔垂直高度的Hg；根据影响的距离即巷道与水力割缝钻孔交点到目标点的水平距离和地表影响等级确定水力割缝钻孔与水平面在煤柱侧的夹角α_g=arccot（D/Hg）。本发明通过进行水力割缝从而确定影响区的影响等级和影响范围，可以实现对矿井地表的影响控制。

技术领域

本发明涉及采矿领域，特别涉及采矿对地表影响领域。

背景技术

在我国大多数煤矿采用垮落法来管理顶板，地下煤层开采引起覆岩移动与变形，并传递至地表形成下沉盆地，其影响范围较大，对沉陷区的地表建（构）筑物等造成了破坏。协调开采、条带开采、充填开采、离层注浆等方法多年来被用于控制与减缓地表沉陷，其基本思路是，通过减小或控制地下采空区或裂隙形成的空间，以达到减缓或改变岩层与地表移动变形与分布的目的。存在着充填成本高，工艺复杂的问题。按研究（关注）对象不同，沉陷控制可以分为岩层移动控制（覆岩破坏高度控制、底板破坏范围控制、采矿地压控制）和地表移动控制（地表下沉量或变形量控制、移动变形分布控制、移动变形速度控制），岩层移动控制一定程度上也是地表移动控制，两者目标不同，控制方法上既有差别又有密切联系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何根据地表所欲达到的影响等级进行水力割缝钻孔，从而对地表影响进行控制。

本发明所采用的技术方案是：一种采动覆岩水力割缝的岩层与地表移动分布控制方法，在煤层工作面巷道顶部上方进行水力割缝，水力割缝钻孔从空间上垂直于巷道，水力割缝钻孔与水平面在煤柱侧的夹角为α_g，水力割缝钻孔从底面到巷道顶部的垂直距离为H_g；根据矿井地质报告中该区域岩层的钻孔柱状图，确定厚硬岩层的位置，从而确定水力割缝钻孔垂直高度的Hg；根据影响的距离即巷道与水力割缝钻孔交点到目标点的水平距离和地表影响等级确定水力割缝钻孔与水平面在煤柱侧的夹角α_g= arccot（D/Hg），其中， 70°≤α_g≤90°，当影响等级A时，70°≤α_g<75°，受保护地表有轻微影响，台阶明显，地表倾斜≤3mm/m,水平变形≤6mm/m，当影响等级B时，75°≤α_g<80°时，受保护地表有轻微影响，台阶明显，地表倾斜≤20mm/m,水平变形≤10mm/m，当影响等级C时，80°≤α_g<85°时，受保护地表有中度影响，台阶较为明显，地表倾斜≤40mm/m，水平变形≤20mm/m，当影响等级D时，85°≤α_g<90°时，受保护地表有严重影响，台阶不明显，地表倾斜>40mm/m,水平变形>20mm/m。

水力割缝角度对地表下沉曲线分布控制。

如图2所示，现有技术：无水力割缝形成的下沉曲线，影响的范围较大。而采用水力割缝后，地表下沉形态发生明显变化，当α_g=90°时，下沉集中控制在一个区域内，但边界处下沉仍然较大，当α_g=80°，下沉集中控制区域增大，边界处下沉明显减小。α_g=70°，下沉集中控制区最大，边界处下沉基本为0，不受采动影响。可见水力割缝的地表下沉曲线控制效果明显。

如图3和图4所示，与现有的无割缝技术相比，当α_g=90°时，在厚硬岩层存在的情况下，其割断与否，地表下沉曲线分布截然不同，割断对地表集中控制下沉显著。如图4所示，不存在厚硬岩层，随着水力割缝高度的增加，地表下沉的集中控制效果更为显著。