本发明涉及一种沿空留巷超前工作面高压注水致裂坚硬顶板的方法，主要研究在坚硬顶板关键部位进行人为干涉，进而起到保护所留巷道的作用；属于无煤柱煤炭开采领域。
背景技术
绿色开采是我国煤炭开采的重要方向，无煤柱开采是其中一个典型的开采方式。无煤柱开采分为沿空留巷和沿空掘巷，由于沿空留巷具有一定的优越性，所以沿空留巷在我国煤炭绿色开采领域使用较多。然而在一些使用沿空留巷的矿井中，充填墙体的破坏形式各异，研究发现，充填墙体上部岩块的断裂不同，对充填墙体的破坏存在很大差异，尤其是存在坚硬顶板的矿井中，坚硬顶板较难断裂，当大面积悬露发生断裂时，对充填墙体的破坏极其严重。目前解决沿空留巷充填墙体上部坚硬顶板的主要方法沿用了工作面坚硬顶板处理方法，即深孔爆破法，这种方法产生的震动对工作面产生一定影响，而且最重要的是炸药的爆炸产生很多化学气体，对井下工作人员产生一定影响，而且爆破容易产生大量灰尘，也担心出现哑炮等一系列问题。故亟需产生一种新的释压方法取代炸药爆破法。
深孔水压致裂法是目前比较成熟得一种操作简单、成本低、效果好、安全性高和无污染的一种释压方法，除利用水压致裂外，还可利用岩石吸水软化特性，使顶板更易断裂，避免二次施工。但该方法并未在沿空留巷致裂坚硬顶板中使用过。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种沿空留巷超前工作面高压注水致裂坚硬顶板的方法，在坚硬顶板的沿空留巷中，利用水压致裂坚硬顶板，避免坚硬顶板大面积悬露，从而起到保护充填墙体的作用。
本发明将深孔水压致裂法用于坚硬顶板的沿空留巷中，该方法不需要炸药、不需要爆破人员、具有无污染和成本低等特性，而且充分利用了岩层吸水弱化坚硬顶板的效果，起到保护巷道的作用。
本发明提供了一种沿空留巷超前工作面高压注水致裂坚硬顶板的方法，在有坚硬顶板存在的沿空巷道中，在超前工作面一定距离的顺槽内实施钻孔作业，并布置高压注水装置，水压致裂后，使坚硬顶板在指定位置断裂，从而起到护巷效果。
上述坚硬顶板在指定位置断裂，可理解为坚硬顶板在钻孔位置断裂。
上述方法具体包括以下步骤：
（1）在超前采煤工作面28~30m处的顺槽内布置第一个钻孔站点，安装钻孔机和高压注水泵；
（2）利用钻孔机钻孔，钻孔机应靠近煤壁，钻孔方向与顺槽内的煤壁平行，分别向顺槽的顺风方向和逆风方向打孔，每个方向打3～6个孔；
第一个孔与巷道顶板所成夹角为10~15°，钻孔口间距为1～1.5m，相邻两孔道的夹角为3～5°，孔深为20～25m，孔的直径为40～120mm。
（3）钻孔完毕后，回撤钻头时，利用钻头端部高压注水口进行射水，起到对孔壁切割的作用；
（4）将钻孔口用封孔器逐一封孔，将高压注水管出水口处连接高压水管，并将每个钻孔口分别与封孔器连接，高压泵上装有注水阀门和压力表；
（5）当单侧为三孔时，可直接打开注水阀注水，当压力表读数低于峰值10%时关闭注水阀停止注水；低于峰值10%则致裂完成；
水压致裂时，水压会因为密闭环境而增大，当密闭环境被致裂后，水压会卸压，该过程中会产生峰值；上述低于峰值10%即指低于注水期间水压所能达到的峰值的10%状态；
（6）当单侧钻孔数超过三个时，先进行上部钻孔注水，随后进行接近巷道顶板的钻孔注水，注水停止时间均以压力表示数低于峰值10%为界线；钻孔在一个竖直平面内，钻孔后水压致裂顺序为从上往下；
（7）随后向另一侧钻孔注水，直到全部钻孔注水完毕；
（8）继续推进到下个位置钻孔，下一钻孔位置与前一次钻孔位置的间距根据两钻孔点所钻孔的末端最接近孔底距确定，孔底距在2～5m；
（9）根据工作面推进情况，依次完成钻孔和注水，直至整个沿空留巷完成。
进一步地，所述高压注水管连接3~6个出水口。
进一步地，高压注水管出水口处设有三口出水管。
进一步地，钻孔最合理位置根据现场推进中充填墙体破坏程度和上覆岩层结构调整，在打孔位置先开掘一个操作硐室，在硐室内进行钻孔及注水。
本发明中，提到的煤壁是指打孔顺槽内的煤壁，工作面是指采煤机工作面，坚硬顶板指整个煤层上方的顶板，巷道顶板是指顺槽这个巷道的顶板。
本发明的有益效果：
本发明是一种在有坚硬顶板的沿空留巷中解决充填墙体因上部岩块回转造成过度破坏的方法，很好地利用现存的矿用钻孔机，结合高压注水泵完成破岩，而且部分水体可被岩块吸收，从而起到弱化坚硬顶板的作用。本发明节约了劳动力，降低了成本，而且除钻孔粉尘外无污染，可以彻底避免爆破污染问题，安全性较高。
附图说明
图1是本发明的钻孔位置三维示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图2中沿a-a线的剖面图。
图4是本发明的高压注水设备及管路连接示意图。
图中：1-采煤工作面，2-液压支架，3-采空区，4-充填墙体，5-钻孔，6-高压注水泵，7-钻孔机，8-相邻未采煤层，9-顶板，10-顺槽，11-水压表，12-注水阀门，13-高压注水管，14-高压水管连接阀，15-三口出水管，16-封孔器。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
本实施例提供了一种沿空留巷超前工作面高压注水致裂坚硬顶板的方法，在有坚硬顶板存在的沿空巷道中，在超前工作面一定距离的顺槽内实施钻孔作业，并布置高压注水装置，水压致裂后，使坚硬顶板在指定位置断裂，从而起到护巷效果。具体步骤如下：
1、在超前采煤工作面30m处的顺槽内布置第一个钻孔站点，安装钻孔机7和高压注水泵6。
2、利用钻孔机7钻孔，钻孔机7应最大限度靠近煤壁，钻孔5的方向与顺槽9靠近工作面推进侧的煤壁平行，分别向工作面推进方向和与工作面推进方向相反的方向钻孔5，即先向工作面推进方向钻孔，然后向相反的方向进行钻孔；每个方向打3～6个孔，第一个孔倾角（与巷道顶板夹角）为15°，即图3中与水平线的夹角，孔口间距1～1.5m，相邻两孔道的夹角为3～5°，孔深为20～25m，孔的直径为40～120mm。
3、钻孔完毕后，回撤钻头时，利用钻头端部高压注水口进行射水，起到对孔壁切割的作用。
4、将钻孔口用封孔器16逐一封孔，将高压注水管13出水口处与三口出水管15连接，三口出水管15与高压注水管13通过高压水管连接阀14连接，高压注水泵6上装有注水阀门12和压力表11。三口出水管15即为一个主管连接三个支管。
5、打开注水阀门12注水，当压力表11读数低于峰值10%时关闭注水阀门12停止注水；
先从一侧的钻孔开始，钻孔在一个竖直平面内，钻孔后水压致裂顺序为从上往下；即：当单侧钻孔数超过三个时，先进行最上部的钻孔5注水，随后依次从接近巷道顶板的钻孔进行注水，注水停止时间均以压力表11低于峰值10%为界线。
水压致裂时，水压会因为密闭环境而增大，当密闭环境被致裂后，水压会卸压，该过程中会产生峰值。
6、随后向相反方向的钻孔注水，直到全部钻孔注水完毕。
7、继续推进到下个位置钻孔，下一钻孔位置与前一次钻孔位置的间距根据两钻孔点所钻孔的末端最接近孔底距确定，孔底距在2～5m为宜。
8、根据工作面推进情况，依次完成钻孔和注水，直至整个沿空留巷完成。
本发明的钻孔最合理位置根据现场推进中充填墙体破坏程度和上覆岩层结构调整，在打孔位置先开掘一个操作硐室，在硐室内进行钻孔及注水。
本发明中，提到的煤壁是指打孔顺槽内的煤壁，工作面是指采煤机工作面，坚硬顶板指整个煤层上方的顶板，巷道顶板是指顺槽这个巷道的顶板。