[发明专利]同时预裂煤矿巷道侧向顶板和走向顶板的射孔布置方法

说明书

本发明涉及一种同时预裂煤矿巷道侧向顶板和走向顶板的射孔布置方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在巷道顶板，沿巷道走向设计一系列钻孔；2)对于其中任一钻孔，根据该钻孔内顶板岩性及厚度确定目标坚硬岩层的数量及位置，并在钻孔的各目标岩层内切缝形成预制裂缝，然后对预制裂缝实施定向扩展的操作；3)重复步骤2)，直到完成所有钻孔的施工、预制裂缝切割以及定向扩展，实现煤矿巷道侧向顶板和走向顶板的同时预裂。本发明切顶范围大、效果好、精准可控，可以有效减小煤矿回采巷道的走向和侧向顶板悬顶长度，降低巷道矿压、冲击地压等灾害危险，具有重要的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及煤矿安全开采技术领域，具体涉及一种射孔布置方法，特别涉及一种同时预裂煤矿巷道侧向顶板和走向顶板的射孔布置方法。

背景技术

坚硬顶板在煤矿开采过程中一般难以及时垮落，容易形成大面积悬顶，在其突然断裂时，瞬间释放大量能量，造成巷道破坏、设备受损甚至人员伤亡，严重威胁着煤矿安全生产。因此，坚硬顶板的弱化是煤矿顶板灾害控制的关键。

目前，最常用的坚硬顶板弱化的方法主要为爆破断顶和水力压裂，但是常规爆破产生的裂缝长度小，无法实现定向断顶的目的，而常规水力压裂同样存在裂缝扩展方向无法控制，裂缝面很难沿着最佳削弱顶板方向扩展，卸压效果难以保证。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种同时预裂煤矿巷道侧向顶板和走向顶板的射孔布置方法，可显著提高爆破或水力压裂的作用范围，且切顶方向精准可控，卸压范围大、效果好，具有重要的推广应用价值。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种同时预裂煤矿巷道侧向顶板和走向顶板的射孔布置方法，包括以下步骤：

1)在巷道顶板，沿巷道走向(即巷道长度方向)设计一系列钻孔；

2)对于其中任一钻孔，根据该钻孔内顶板岩性及厚度确定目标坚硬岩层的数量及位置，并在钻孔的各目标岩层内切缝形成预制裂缝，然后对预制裂缝实施定向扩展的操作；

3)重复步骤2)，直到完成所有钻孔的施工、预制裂缝切割以及定向扩展，实现煤矿巷道侧向顶板和走向顶板的同时预裂。

优选地，所述步骤1)中，在巷道顶板沿巷道走向布置钻孔时，各钻孔与巷道顶板的夹角一般为0-45°。

优选地，所述步骤1)中，位于巷道顶板的一系列钻孔的间隔一般为10-20m。

优选地，所述步骤2)中，对于其中任一钻孔，根据该钻孔内顶板岩性及厚度在钻孔内切缝形成预制裂缝，然后对预制裂缝实施定向扩展的操作的方法，包括以下步骤：

2.1)在巷道顶板施工钻孔；

2.2)根据该钻孔内顶板岩性及厚度确定目标坚硬岩层的数量及位置，并确定各目标岩层的切缝位置；

2.3)根据确定的切缝位置，对钻孔内各目标岩层进行切割，使钻孔内每一目标岩层处均形成预制裂缝；

2.4)对各目标岩层内的预制裂缝进行定向扩展，实现该钻孔处侧向顶板和走向顶板的预裂。

优选地，所述步骤2.2)中，目标岩层厚度大于5.0m，单向抗压强度不低于60MPa。

优选地，所述步骤2.3)中，每一目标岩层处形成的预制裂缝包括走向裂缝和倾向裂缝，所述走向裂缝是指裂缝深度方向平行巷道长度方向(即走向方向)的裂缝；所述倾向裂缝是裂缝深度方向垂直巷道长度方向的裂缝。

优选地，所述步骤2.3)中，对钻孔内各目标岩层进行切缝时，采用水射流系统；所述水射流系统流出的射流为含有石英砂或石榴砂的磨料混合水，切缝压力为30-80MPa。

优选地，所述步骤2.4)中，对各目标岩层内的预制裂缝进行定向扩展时，采用爆破方式或水压裂方式。