一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法技术

本发明专利技术提供了一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，包括：在煤矿巷道的顶板上施工钻孔；通过对坚硬顶板水力切缝，使钻孔的两侧分别形成一条平行于钻孔轴线的裂缝面；通过两个封孔器分别对裂缝面的两端封孔，使两个封孔器之间形成密闭的封孔段；通过向封孔段持续注入高压水使裂缝定向扩张，完成对封孔段的压裂；对钻孔预设的其它分段依次进行切缝、封孔和压裂，直至完成对整个钻孔所有预测位置的压裂。本发明专利技术提供的煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，不但工艺简单、安全、成本低且卸压范围大、效果好，具有重要的推广应用价值。

A method of pressure relief by directional cutting of hard roof in coal mine

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法
本专利技术涉及煤矿安全开采
，特别涉及一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法。
技术介绍
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，爆破断顶利用炸药产生的爆轰波破碎顶板，施工工艺复杂，安全隐患高，对生产干扰大；水力压裂则采用高压水破裂顶板，施工工艺相对简单，安全隐患低，对生产的影响小，但常规压裂不对顶板进行预制裂缝面处理，压裂时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。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足之处，本专利技术提供了一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法。该方法可有效降低顶板压力，显著降低甚至消除强烈矿压显现甚至冲击地压灾害的发生，且工艺简单、安全、成本低且卸压范围大、效果好，具有重要的推广应用价值。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，包括：在煤矿巷道的顶板上施工钻孔，并将钻孔划分为多个预设压裂段；通过对钻孔的孔壁进行水力切缝，使钻孔的两侧分别形成一条平行钻孔轴线的裂缝面；通过两个封孔器分别对裂缝面的两端封孔，使两个封孔器之间形成密闭的封孔段；通过向封孔段持续注入高压水，完成对封孔段两侧岩体的压裂；对该钻孔内其他预设压裂段依次进行切缝、封孔和压裂，直至完成对整个钻孔的压裂。进一步的，在对钻孔的孔壁进行水力切缝时，包括：将带有磨料砂的高压水沿着巷道轴线方向，对钻孔两侧的孔壁进行射流切割；同时通过移动射流器，使孔壁两侧沿钻孔轴线形成两条与预设长度相同的裂缝面。进一步的，在将带有磨料砂的高压水沿着巷道轴线方向对钻孔两侧的孔壁进行射流切割时，包括：将从高压泵出来的高压水经过磨料罐后成为带有磨料砂的混合液体，从位于钻杆前端的射流器两侧高速喷出；其中，高压水经射流器后的喷射方向为巷道轴线方向；通过钻杆带动射流器沿钻孔的轴线向前或向后匀速移动，使孔壁两侧分别形成一条预设长度的裂缝面；其中，射流器在钻孔内的移动范围为裂缝面的预设长度，裂缝面的预设长度小于两封孔器之间密闭段的长度。进一步的，所述射流器包括设在两个所述封孔器之间的壳体、设在所述壳体两侧的喷嘴、以及设在所述壳体上且位于所述喷嘴前端的出水孔，所述壳体与所述钻杆连接，且所述壳体的内腔与所述钻杆连通；所述喷嘴和出水孔分别与所述壳体的内腔连通，且靠近所述出水孔的所述壳体内腔处设有收窄结构，在所述喷嘴和出水孔之间的连通和隔离可通过向所述壳体的内腔是否投入钢球进行切换，其中，所述钢球的直径在所述壳体的内腔直径和收窄结构的直径之间。进一步的，在将带有磨料砂的混合液体从射流器两侧喷嘴内高速喷出时，包括：通过向钻杆中投入钢球，使钢球切断喷嘴和出水孔之间的连通，使带有磨料砂的高压水从位于壳体两侧两个喷嘴中高速喷出。进一步的，在通过两个封孔器分别对裂缝面的两端封孔，使两个封孔器之间形成密闭的封孔段时，包括：通过钻杆在钻孔内移动，使位于钻杆上的封孔器移动至裂缝面的两端；将高压水注入到封孔器中使封孔器膨胀，使裂缝面的两端被膨胀后的封孔器封孔，并使两个封孔器之间形成密闭的封孔段。进一步的，所述封孔器包括膨胀胶囊、和设在所述膨胀胶囊两端的连接口，两个所述膨胀胶囊通过连接口与所述钻杆连接，一所述膨胀胶囊的内腔与进水口和软管连通，所述软管还与另一所述膨胀胶囊的内腔连通，所述进水口与高压泵通过管路连接；从高压泵出来的高压水经过所述进水口注入到两个所述膨胀胶囊的内腔中，使所述膨胀胶囊膨胀，进而使裂缝面的两端被膨胀后的所述膨胀胶囊封孔。进一步的，在通过向封孔段持续注入高压水，完成对封孔段两侧岩体的压裂时，包括：将从高压泵流出高压水从钻杆上的射流器注入到封孔段内，使坚硬顶板上的裂缝面沿着预制裂缝面尖端持续扩展；待高压泵的泵压突然下降后或对封孔段的压裂时间达到预设时间后，关闭高压泵，并对封孔器进行卸压，完成对封孔段的压裂。进一步的，所述高压泵与磨料罐连接，所述磨料罐包括物料进口、入水口和出水口，所述磨料罐的内部可填充磨料介质，所述入水口通过管路与高压泵相连，所述出水口通过管路与钻杆相连；在所述磨料罐关闭时，从所述磨料罐流出的水为不带磨料介质的纯净水；在所述磨料罐开启时，从所述磨料罐流出的水为含有磨料介质的混合水。本专利技术提供的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，通过在煤矿巷道顶板施工钻孔，并在钻孔上依次进行水力切缝、裂缝面的两端封孔、以及封孔段的压裂处理，使坚硬顶板沿巷道走向方向形成弱化面，在工作面开采期间，坚硬顶板受到矿山压力的作用时，坚硬顶板将沿着弱化面及时垮落，可有效降低顶板压力，进而显著降低甚至消除强烈矿压显现甚至冲击地压灾害的发生。本专利技术提供的煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法不但工艺简单、安全、成本低且卸压范围大、效果好，具有重要的推广应用价值。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法中钻孔施工示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法的割缝流程图；图4为本专利技术实施例提供的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法中系统整体连接示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法中割缝状态下钻杆、封孔器、射流器连接示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法中压裂状态下射流器的结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法中射流器在切缝状态下的结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法的封孔器封孔流程图；图9为本专利技术实施例提供的一种切顶留巷防治巷道冲击地压的方法中的压裂状态下钻杆、封孔器、射流器连接示意图；图10为本专利技术实施例提供的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法中的封孔器的结构示意图；图11为本专利技术实施例提供的再又一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法的压裂流程图；图12为本专利技术实施例提供的一种切顶留巷防治巷道冲击地压的方法的切顶弱化效果示意图。图标：1-坚硬顶板，2-钻机，3-钻孔，4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，其特征在于，包括：/n在煤矿巷道的顶板上施工钻孔，并将钻孔划分为多个预设压裂段；/n通过对钻孔的孔壁进行水力切缝，使钻孔的两侧分别形成一条平行钻孔轴线的裂缝面；/n通过两个封孔器分别对裂缝面的两端封孔，使两个封孔器之间形成密闭的封孔段；/n通过向封孔段持续注入高压水，完成对封孔段两侧岩体的压裂；/n对该钻孔内其他预设压裂段依次进行切缝、封孔和压裂，直至完成对整个钻孔的压裂。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，其特征在于，包括：
在煤矿巷道的顶板上施工钻孔，并将钻孔划分为多个预设压裂段；
通过对钻孔的孔壁进行水力切缝，使钻孔的两侧分别形成一条平行钻孔轴线的裂缝面；
通过两个封孔器分别对裂缝面的两端封孔，使两个封孔器之间形成密闭的封孔段；
通过向封孔段持续注入高压水，完成对封孔段两侧岩体的压裂；
对该钻孔内其他预设压裂段依次进行切缝、封孔和压裂，直至完成对整个钻孔的压裂。


2.根据权利要求1所述的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，其特征在于，在对钻孔的孔壁进行水力切缝时，包括：
将带有磨料砂的高压水沿着巷道轴线方向对钻孔两侧的孔壁进行射流切割；同时通过移动射流器，使孔壁两侧沿钻孔轴线形成两条与预设长度相同的裂缝面。


3.根据权利要求2所述的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，其特征在于，在将带有磨料砂的高压水对钻孔两侧的孔壁进行射流切割时，包括：
将从高压泵出来的高压水经过磨料罐后成为带有磨料砂的混合液体，从位于钻杆前端的射流器两侧高速喷出；其中，高压水经射流器后的喷射方向为巷道轴线方向；
通过钻杆带动射流器沿钻孔的轴线向前或向后匀速移动，使孔壁两侧分别形成一条预设长度的裂缝面；其中，射流器在钻孔内的移动范围为裂缝面的预设长度，裂缝面的预设长度小于两封孔器之间密闭段的长度。


4.根据权利要求3所述的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方法，其特征在于，所述射流器包括设在两个所述封孔器之间的壳体、设在所述壳体两侧的喷嘴、以及设在所述壳体上且位于所述喷嘴前端的出水孔，所述壳体与所述钻杆连接，且所述壳体的内腔与所述钻杆连通；所述喷嘴和出水孔分别与所述壳体的内腔连通，且靠近所述出水孔的所述壳体内腔处设有收窄结构，在所述喷嘴和出水孔之间的连通和隔离可通过向所述壳体的内腔是否投入钢球进行切换，其中，所述钢球的直径在所述壳体的内腔直径和收窄结构的直径之间。


5.根据权利要求4所述的一种煤矿坚硬顶板定向切顶卸压的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏永学，陆闯，杨光宇，徐刚，杜涛涛，潘俊锋，庞立宁，苏波，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11