[发明专利]基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法

摘要

一种基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法，根据巷道应力源施工钻孔进行压裂，在围岩内形成一圈人为弱化带，即“压裂圈”，通过卸荷、应力阻断和让压作用使巷道围岩高应力转移，并利用增加的弱结构区吸收冲击能量，控制荷载对巷道围岩变形的影响。压裂圈是具有一定宽度的弱化带，内边界称为保护圆，带宽较小的压裂圈称为切阻断圆和切阻断弧。保护圆半径一般在支护体的边缘留设一定宽度的安全煤岩柱屏障来确定；压裂圈的宽度根据围岩结构、地应力条件和施工工艺情况确定，地应力越大，压裂圈的宽度就越大。切阻断圆和切阻断弧切断传播应力的所有目标岩层；坚硬悬顶的切阻断弧接近或者是煤柱的塑性区和破坏区的交界线。

主权项

1.一种基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法，首先根据巷道所处的应力环境，找出目前已经或者以后可能会导致巷道发生强地压的应力源，然后针对性的施工钻孔进行压裂，在巷道围岩内形成一圈“人为弱化带”，即“压裂圈”；压裂圈的半径由在支护体的边缘留设一定宽度的安全煤岩柱屏障来确定；压裂圈的宽度根据围岩结构、地应力条件和施工工艺情况确定，地应力越大，压裂圈的宽度就越大；宽度大的压裂圈，采用施工钻孔、整段压裂；窄压裂圈，即“切阻断圆”采用施工钻孔、预割缝、孔底压裂；“压裂圈”的形式根据条件的不同而变化：当需要阻断高应力和采动应力向巷道传播时，在所述巷道内向应力集中的目标围岩处施工钻孔，钻孔末端的垂直位置位于目标围岩内，目标围岩是顶板、底板或两帮中的一种或多种；调节压裂段的长度来控制形成的压裂圈宽度，较小宽度的压裂圈近似为一个压裂圆，称为“切阻断圆”，利用“切阻断圆”主动切断采动应力和深部矿井远场传递过来的高应力以及地质构造带的高应力，实现应力阻断；当需要切断坚硬悬顶的时候，形成的压裂圈不仅宽度较小，而且仅需要压裂圈的一部分即可达到目的，此时的压裂圈称为“切阻断弧”，利用“切阻断弧”主动切断坚硬悬顶对巷道卸荷减负；其特征是：在所述顶板中存在一层或者多层坚硬的岩层时，在巷道内斜向坚硬顶板中施工钻孔，巷道和采空区中间具有一定宽度的煤柱，钻孔末端在水平方向的位置内错入煤柱一定距离，钻孔末端在竖直方向的位置位于坚硬顶板的中心，在钻孔中预先割缝，然后进行压裂，单个压裂形成的裂缝沿着导向割缝扩展并延伸，形成一条或者多条以钻孔的末端为中心，具有一定方向性和范围的裂缝面，在巷道长轴方向上成排的施工钻孔并进行压裂，压裂形成的裂缝连通或间隔，整体切断坚硬悬顶，从源头把高应力消除；对于顶板坚硬容易造成大面积顶板悬而不断的矿井，在工作面回采过后形成的悬顶，进行事后压裂切断，或者在工作面回采之前，预先按照设计对坚硬顶板进行压裂，形成破裂面，待工作面回采过后，已经压裂切断的顶板在重力作用下自行垮落，避免坚硬悬顶的产生；“切阻断圆”和“切阻断弧”切断传播应力的所有目标岩层；坚硬悬顶的“切阻断弧”为切断坚硬悬顶的破裂面，称为断顶线，断顶线的最佳位置为煤柱塑性区和破碎区的交界线。