破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法与流程

本发明涉及矿山采矿，尤其涉及一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法。

背景技术：

1、随着我国煤炭资源开采强度的不断增大，不少矿井已经走向深部开采，深部开采处于“三高一扰动”的围岩环境，对于巷道的维稳十分不利；同时为了避免采掘接替紧张、预防煤的自燃与瓦斯突出等灾害，在开采历史中多采用了跳采方式，留下了不少两侧甚至三侧采空的孤岛工作面。这类工作面由于采深大、形状不规则、两侧甚至多侧采空(包括迎采动掘进)，属于典型的强动压高危工作面，在原岩应力场、采空侧向应力场以及本工作面采动超前集中应力等综合作用下，回采巷道存在很大的悬顶可能，致围岩性质软弱，若遇到松软煤层，极易发生支护失效问题，严重影响巷道围岩控制效果，特别是在断层等自然构造区，强矿压现象更加频繁。

2、现有的解决强动压巷道危险性的方法多是采用大直径钻孔卸压，此法利用钻孔使应力峰值向煤体深处转移，有效降低巷道周围岩体的高应力值。但由于单个卸压孔形成的卸压范围较小，卸压效果有限，为实现理想的卸压效果，孔间距就比较小，导致卸压工程量大；后来出现了井下超长水平孔区域压裂卸压的方法和技术手段，能够通过区域压裂，使完整性好的目标岩层内形成数量众多、方位和长度不一的网状裂缝，大幅减弱岩层的整体强度，起到弱化厚硬顶板、显著降低甚至消除冲击致灾隐患的作用。但这种方法多应用于坚硬岩层起防冲减灾的效果，孤岛环境下的软岩巷道不仅存在强动压问题，围岩也较为软弱；且这种方法用于区域压裂效果很好，很难覆盖巷道全长范围，难以实现配合支护后“一次支护，永不返修”的效果。

技术实现思路

1、本发明提供一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，用以解决现有技术中深井孤岛工作面下的软岩巷道面临的强动压环境引起的围岩变形破环严重的缺陷，实现对于孤岛工作面强动压巷道卸压的全长处理，最大范围地起到调控巷道应力等级的目的，维持巷道围岩的稳定性。

2、本发明提供一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，包括：

3、步骤s1：在开采前，获取巷道的围岩、软岩巷道的顶板岩层结构信息，以获取钻场位置信息及压裂层位；

4、步骤s2：根据所述步骤s1得到的钻场位置确定巷道内布置的钻场数量，在每个钻场内根据所述步骤s1得到的压裂层位上分别施工长水平单向钻孔及双向钻孔；

5、步骤s3：根据巷道顶板结构情况，确定压裂方式及施工参数；

6、步骤s4：根据钻孔布设情况，按照钻孔编号依次进行长水平孔水力压裂施工。

7、根据本发明提供的一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，在所述步骤s1中，利用矿压检测装置检测巷道围岩的形变，利用钻孔窥视装置对软岩巷道的顶板岩层结构进行观察。

8、根据本发明提供的一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，在所述步骤s1中，所述钻场位置的确定方法包括：沿巷道的全长按相同的间距布置的测站，所述测站利用十字布线法对围岩变形进行检测，以获取围岩变形检测信息；

9、根据围岩变形检测信息，确定采前巷道矿压强度等级，进而确定多个钻场位置。

10、根据本发明提供的一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，所述压裂层位的选定包括结合孤岛面巷道的悬顶方式，在不同矿压等级区域内分别选取多个典型测点进行顶板钻孔结构窥视，以选取两个以上顶板岩层段作为长水平孔压裂层位。

11、根据本发明提供的一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，所述孤岛面巷道的悬顶方式包括工作面侧向采空区顶板悬顶、工作面采空区侧顶板悬顶或工作面上部高位结构悬顶。

12、根据本发明提供的一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，在所述步骤s1中，根据确定的所述钻场位置信息、所述压裂层位，并结合所述巷道的全长，确定工作面运输顺槽全长压裂施工共布置钻场数量，其中，每个钻场内设置的多个钻孔通过该钻场进行并联，相邻两个钻场朝向彼此的多个双向钻孔一一对应进行串联。

13、根据本发明提供的一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，在相同巷道走向的顶板区域内选择其中之一的所述钻场进行单向钻孔的打孔及压裂施工，之后再与其相邻的所述钻场进行串联的双向钻孔的打孔及压裂施工。

14、根据本发明提供的一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，所述步骤s3中，所述压裂方式包括喷射压裂、封隔分段压裂或复合压裂。

15、根据本发明提供的一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，当所述压裂方式为复合压裂时，所述复合压裂为在同一钻孔采用所述封隔分段压裂后，再采用所述喷射压裂进行二次压裂。

16、根据本发明提供的一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，所述步骤s1中，所述钻孔窥视中的钻孔深度大于或等于30m。

17、本发明提供的一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，首先利用采前矿压监测与钻孔窥视的方法，分别在开采前对于巷道的围岩变形情况进行观察、考虑巷道所处顶板悬顶方式，对软岩巷道的顶板岩层结构进行窥视，确定合适的钻场位置与压裂层位；其次在孤岛工作面强动压巷道内布设多个钻场，在每个钻场内在预设的不同层位内分别施工长水平单向钻孔及双向钻孔，实现同一区域巷道顶板不同层位内长水平孔卸压效果的“并联”以及全长巷道内不同区域长水孔区域卸压效果的“串联”，然后根据选定的不同压裂层位、不同结构的顶板悬顶方式，确定不同的压裂方式及参数，再根据钻孔布设情况，依次按照钻孔编号进行长水平孔水力压裂施工。如此通过在每个钻场内的不同预设层位内分别施工长水平单向钻孔及双向钻孔，从而实现同一区域巷道顶板不同层位内长水平孔卸压效果的“并联”以及全长巷道内不同区域长水孔区域卸压效果的“串联”，进而实现对于孤岛工作面强动压巷道卸压的全长处理，最大范围地起到调控巷道应力等级的目的，维持巷道围岩的稳定性。

技术特征：

1.一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，其特征在于，在所述步骤s1中，利用矿压检测装置检测巷道围岩的形变，利用钻孔窥视装置对软岩巷道的顶板岩层结构进行观察。

3.根据权利要求1所述的破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，其特征在于，在所述步骤s1中，所述钻场位置的确定方法包括：沿巷道的全长按相同的间距布置的测站，所述测站利用十字布线法对围岩变形进行检测，以获取围岩变形检测信息；

4.根据权利要求1所述的破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，其特征在于，所述压裂层位的选定包括结合孤岛面巷道的悬顶方式，在不同矿压等级区域内分别选取多个典型测点进行顶板钻孔结构窥视，以选取两个以上顶板岩层段作为长水平孔压裂层位。

5.根据权利要求4所述的破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，其特征在于，所述孤岛面巷道的悬顶方式包括工作面侧向采空区顶板悬顶、工作面采空区侧顶板悬顶或工作面上部高位结构悬顶。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，其特征在于，在所述步骤s1中，根据确定的所述钻场位置信息、所述压裂层位，并结合所述巷道的全长，确定工作面运输顺槽全长压裂施工共布置钻场数量，其中，每个钻场内设置的多个钻孔通过该钻场进行并联，相邻两个钻场朝向彼此的多个双向钻孔一一对应进行串联。

7.根据权利要求6所述的破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，其特征在于，在相同巷道走向的顶板区域内选择其中之一的所述钻场进行单向钻孔的打孔及压裂施工，之后再与其相邻的所述钻场进行串联的双向钻孔的打孔及压裂施工。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述压裂方式包括喷射压裂、封隔分段压裂或复合压裂。

9.根据权利要求8所述的破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，其特征在于，当所述压裂方式为复合压裂时，所述复合压裂为在同一钻孔采用所述封隔分段压裂后，再采用所述喷射压裂进行二次压裂。

10.根据权利要求2所述的破碎围岩基于顶板长水平孔的串-并联全长卸压布孔方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述钻孔窥视装置中的钻孔深度大于或等于30m。

技术总结
本发明涉及矿山采矿技术领域，提供一种破碎围岩基于顶板长水平孔的串‑并联全长卸压布孔方法，包括如下步骤：在开采前，获取巷道的围岩、软岩巷道的顶板岩层结构信息，以获取钻场位置信息及压裂层位；根据得到的钻场位置确定巷道内布置的钻场数量，在每个钻场内根据得到的压裂层位上分别施工长水平单向钻孔及双向钻孔；根据巷道顶板结构情况，确定压裂方式及施工参数；根据钻孔布设情况，按照钻孔编号依次进行长水平孔水力压裂施工。本申请可以通过实现顶板不同目标层位压裂的并联及走向不同位置压裂的串联，从而实现对于孤岛工作面强动压巷道卸压的全长处理，最大范围地起到调控巷道应力等级的目的，维持巷道围岩的稳定性。

技术研发人员：杨旭,赵会波,马强,李波,王涛,邢菲菲,王强,李明
受保护的技术使用者：山西天地王坡煤业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15