[发明专利]一种水力软化切顶控制垮落步距的方法

说明书

本发明提供了一种水力软化切顶控制垮落步距的方法，涉及采矿技术领域，针对弱胶结地层采用注水方式软化岩层，能够降低岩石强度，达到控制顶板垮落步距的目的，且无需专用设备、技术门槛低、施工安全、成本低；该方法包括：S1、确定目标层位：确定回采工作面来压的基本顶，并获得所述基本顶的岩性和厚度；S2、确定所述目标层位的水理性质；S3、根据步骤S1和S2的结果以及预设的垮落步距，确定软化注水孔的设置参数和注水条件；S4、根据S3的结果实施布孔和注水；S5、当注入的水对所述目标层位起到软化作用后，切顶自动垮落。

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，尤其涉及一种水力软化切顶控制垮落步距的方法。

背景技术

在煤炭资源的开采中，随着煤层的采出，理想条件下顶板会出现周期性的垮落。当煤层顶板赋存完整、厚度较大且强度较高时，顶板不易垮落，煤层被采出而顶板迟迟不垮落则会带来一些列安全隐患，如，过长的悬顶会造成下方煤层的应力增高，给顶板管理和巷道维护带来困难，煤体中积累的大量弹性能可能突然释放诱发冲击地压，过长的悬顶突然断裂时还会引起造成大规模的覆岩运动，甚至冲击类灾害事故。

煤炭开采中，遇到厚层坚硬顶板难以垮落时，须对顶板进行人为处理，强制切断顶板以控制来压步距。目前较为有效的方法有爆破断顶、顶板水压致裂等。爆破断顶可有效在顶板中制造裂隙，使顶板随煤层开采而破断、垮落，但存在工序复杂、技术要求高、炸药使用范围受限、围岩扰动大等缺点。顶板水压致裂方法采用高压水使顶板出现裂隙并扩展，从而切断坚硬顶板，需要专用高压水设备，存在设备要求高、技术难度大、成本高等缺点。

我国西部地区煤炭资源的开发常涉及侏罗系和白垩系地层，具有弱胶结地层的特点，该地层岩石在原始赋存状态下强度较高，但遇水却迅速软化，强度大幅降低甚至完全丧失。因此，有必要针对该类弱胶结地层研究一种水力软化切顶控制垮落步距的方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水力软化切顶控制垮落步距的方法，针对弱胶结地层采用注水方式软化岩层，能够降低岩石强度，达到控制顶板垮落步距的目的，且无需专用设备、技术门槛低、施工安全、成本低。

本发明提供一种水力软化切顶控制垮落步距的方法，所述方法的步骤包括：

S1、确定目标层位：确定回采工作面来压的基本顶，并获得所述基本顶的岩性和厚度；

S2、确定所述目标层位的水理性质；

S3、根据步骤S1和S2的结果以及预设的垮落步距，确定软化注水孔的设置参数和注水条件；

S4、根据S3的结果实施布孔和注水；

S5、当注入的水对所述目标层位起到软化作用后，切顶自动垮落。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S2包括确定所述目标层位的岩石软化系数以及注水浸润过程中各参数的关系。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，确定岩石软化系数的内容包括：对所述目标层位的岩石样品分别进行饱和状态和干燥状态下的单轴抗压强度测试，根据测试结果计算出岩石软化系数。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，确定注水浸润过程中各参数的关系的内容包括：对所述目标层位的岩石样品进行注水实验，获得注水压力p、软化注水孔直径φ、注水时间t与岩石浸润速度v、浸润半径R之间的关系。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中确定的相邻两软化注水孔之间的间距为：浸润半径≤间距＜2倍浸润半径。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S3中确定的相邻两软化注水孔之间的间距为4/3倍浸润半径。