[发明专利]一种近距离坚硬厚顶板下临空宽煤柱断顶卸压方法

权利要求书

1.一种近距离坚硬厚顶板下临空宽煤柱断顶卸压方法，其特征在于：在煤柱应力集中区上方的近距离坚硬厚顶板内部指定位置切割制造预置裂隙，形成结构弱面；同时在煤柱应力集中区制造悬空空间，利用上覆顶板自身的压力作用，使近距离坚硬厚顶板沿结构弱面自行断裂，从而阻断近距离坚硬厚顶板内的压力向临空煤柱及工作面的传递路径，实现煤柱内高应力区卸荷消能。

2.根据权利要求1所述的近距离坚硬厚顶板下临空宽煤柱断顶卸压方法，其特征在于：近距离坚硬厚顶板内的预置裂隙采用高压磨料水射流切割；煤柱应力集中区采用高压射流切割，对煤层进行高压冲孔形成连续悬空空间。

3.根据权利要求2所述的近距离坚硬厚顶板下临空宽煤柱断顶卸压方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、划分煤柱集中应力区：根据巷道围岩岩性及煤层赋存参数对巷道按30米进行区段划分，在每个区段内每间隔5米交替采用钻屑量检测与油压枕应力计检测进行应力分析，获得区域内巷道围岩应力连续分布特征，根据巷道围岩应力连续分布特征将临空宽煤柱内部区域划分为：围岩塑性区、集中应力区；

S2、确定切顶钻孔参数：根据区域综合柱状图及工作面内上向探孔取芯数据获得近距离坚硬顶板的层位、厚度、岩性赋存特征，结合S1中集中应力区范围确定高压磨料水射流切割钻孔孔位、孔深及倾角、施工范围；根据近距离坚硬顶板岩性并结合地面试验确定高压磨料水射流切割的磨料混合比、系统压力、喷嘴内径、切割范围及射流旋转速度；

根据S1得出的集中应力区范围以及近距离坚硬顶板的层位、厚度参数确定预置裂隙切割钻孔的孔位、孔深、倾角以及施工范围；

S3、煤层冲底钻孔参数确定：通过传递岩梁理论校核近距离坚硬顶板的强度，并结合预置裂隙的位置及强度校核结果确定悬空面积及结构尺寸，通过力学计算得出冲孔悬空范围；

S4、实施顶板切割钻孔；超前工作面300米距离，采用高压磨料水射流切割系统，根据S2确定的预置裂隙切割钻孔参数钻进至设计位置后，将系统压力、磨料混合比及射流旋转速度调至S2中设计值，混合射流从磨料割缝器内部喷出对孔壁岩石进行切割，在近距离坚硬顶板内形成结构弱面；

S5、实施煤层冲底钻孔；超前工作面100米距离，采用高压射流切割系统，根据S3确定煤层冲底钻孔参数钻进至设计位置后，水射流从割缝器内部喷出对煤层进行高压冲孔，在结构弱面下方形成连续悬空空间；

在上覆顶板压力作用下，近距离坚硬厚顶板沿着S4中的结构弱面开始断裂，阻断近距离坚硬厚顶板在采空区内长距离悬顶带来的矿山压力集中向临空煤柱及工作面的传递路径。

4.根据权利要求3所述的近距离坚硬厚顶板下临空宽煤柱断顶卸压方法，其特征在于：步骤S2中，切顶钻孔参数为：当岩层坚固性系数为8～10时，采用磨料水混配质量浓度为6％，射流压力为50MPa、磨料喷嘴内径为3mm、射流旋转速度为90r/min，钻孔布置间距为4～5米；

当岩层坚固性系数为10～14时，采用磨料水混配质量浓度为9％，射流压力为65MPa、磨料喷嘴内径为2.7mm、射流旋转速度为60r/min，钻孔布置间距为3～4米。

5.根据权利要求3所述的近距离坚硬厚顶板下临空宽煤柱断顶卸压方法，其特征在于：步骤S3中煤层冲底钻孔参数为：当煤层坚固性系数为0.5～0.8时，系统压力40MPa，喷嘴直径3.1mm，钻孔布置间距1.2米；当煤层坚固性系数为0.8～1.2时，系统压力50MPa，喷嘴直径2.9mm，钻孔布置间距1米；当煤层坚固性系数为1.2～1.6时，系统压力60MPa，喷嘴直径2.7mm，钻孔布置间距0.8米。

6.根据权利要求3所述的近距离坚硬厚顶板下临空宽煤柱断顶卸压方法，其特征在于：步骤S4中高压磨料系统孔外管路采用高压软管连接，高压软管外采用柔性连接多节刚性圆环进行二次保护及泄漏预警。