本發(fā)明公開(kāi)涉及采煤，具體地，涉及一種煤礦準(zhǔn)備巷道水力壓裂切頂護(hù)巷的方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、礦井開(kāi)拓巷道和采區(qū)準(zhǔn)備巷道的服務(wù)年限一般較長(zhǎng)，承擔(dān)著整個(gè)采區(qū)的材料運(yùn)輸、行人等諸多作用，采區(qū)巷道的穩(wěn)定控制，對(duì)于礦井的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。在開(kāi)采煤炭過(guò)程中，為了保護(hù)服務(wù)于整個(gè)礦井開(kāi)采期間巷道，常常需要留設(shè)保護(hù)煤柱。開(kāi)采結(jié)束以后，煤層上方巖層發(fā)生下移，保護(hù)煤柱會(huì)承擔(dān)覆巖壓力，當(dāng)留設(shè)的煤柱較窄時(shí)，上覆巖層的壓力會(huì)對(duì)工作面前方的巷道產(chǎn)生較大的影響，使巷道發(fā)生較大的變形，造成巷道失穩(wěn)和大變形等難題。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，常用的防止準(zhǔn)備巷道變形的方法包括兩種。支護(hù)措施加強(qiáng)和圍巖加固處理，其中，支護(hù)措施加強(qiáng)包括：通過(guò)錨桿和錨索支護(hù)，錨桿可以將巷道周邊的巖層加固，形成一個(gè)承載結(jié)構(gòu)。通過(guò)錨桿的錨固作用，將圍巖中的松動(dòng)巖石與穩(wěn)定的巖體連接在一起，提高圍巖的整體強(qiáng)度。圍巖加固處理包括：通過(guò)向巷道圍巖中注入水泥漿或化學(xué)漿液，可以填充圍巖中的裂隙和孔隙，提高圍巖的強(qiáng)度和完整性。但是，支護(hù)措施加強(qiáng)與圍巖加固處理提高了保護(hù)煤柱抵抗變形能力，保護(hù)煤柱上方的應(yīng)力并不能減少，不能從根本上解決煤柱變形的能力。

3、因此，本領(lǐng)域人員亟需尋找一種新的技術(shù)方案來(lái)解決上述的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)提供一種煤礦準(zhǔn)備巷道水力壓裂切頂護(hù)巷的方法及裝置。

2、根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)實(shí)施例的第一方面，提供一種煤礦準(zhǔn)備巷道水力壓裂切頂護(hù)巷的方法，所述方法包括：

3、確定需要進(jìn)行護(hù)巷的準(zhǔn)備巷道、煤層上方的支護(hù)層以及垮裂帶高度，所述準(zhǔn)備巷道懸頂及懸頂變長(zhǎng)的原因?yàn)樗鲋ёo(hù)層；

4、將煤層上方出現(xiàn)的第一個(gè)巖層厚度大于預(yù)設(shè)厚度閾值且最大單軸抗壓強(qiáng)度大于預(yù)設(shè)強(qiáng)度閾值的巖層確定為第一關(guān)鍵層；

5、確定所述第一關(guān)鍵層后，根據(jù)關(guān)鍵層對(duì)其他巖層的作用載荷和極限跨距，同理繼續(xù)尋找第二、三，……，j，j+1關(guān)鍵層，直至尋找到的第j關(guān)鍵層的高度超過(guò)所述垮裂帶高度時(shí)，停止尋找第j+1關(guān)鍵層；其中，第j關(guān)鍵層上方第m+1層巖層對(duì)第j關(guān)鍵層的作用載荷小于第j關(guān)鍵層上方第m層巖層對(duì)第j關(guān)鍵層的作用載荷，第j+1關(guān)鍵層在工作面開(kāi)采過(guò)程中斷裂時(shí)的極限跨距大于第j關(guān)鍵層在工作面開(kāi)采過(guò)程中斷裂時(shí)的極限跨距；

6、根據(jù)巖層破斷角、關(guān)鍵層控制軟巖的頂部與煤層距離、回撤巷道的寬度，確定關(guān)鍵層控制軟巖層的最小懸頂長(zhǎng)度；

7、對(duì)錨固端的巖層和關(guān)鍵層進(jìn)行壓裂，以使關(guān)鍵層及關(guān)鍵層控制的軟巖同步垮落到采空區(qū)。

8、可選的，所述確定需要進(jìn)行護(hù)巷的準(zhǔn)備巷道，包括：

9、根據(jù)第一判斷條件、第二判定條件、第三判定條件和第四判定條件，確定所述準(zhǔn)備巷道是否需要進(jìn)行護(hù)巷，若所述第一判斷條件、第二判定條件、第三判定條件和第四判定條件滿足任意一項(xiàng)，則確定所述準(zhǔn)備巷道需要進(jìn)行護(hù)巷；

10、其中，所述第一判定條件為判斷所述準(zhǔn)備巷道表面位移是否明顯，所述第一判定條件包括：第一判定子條件、第二判定子條件和第三判定子條件，所述第一判定子條件為判斷頂板累計(jì)下沉是否超過(guò)100mm，所述第二判定子條件為判斷底鼓高度是否超過(guò)巷道高度的5％，所述第三判定子條件為判斷兩幫收斂是否超過(guò)連續(xù)2天以上，收斂量是否超過(guò)3mm/天或總收斂量超過(guò)200mm，若所述第一判定子條件、第二判定子條件和第三判定子條件滿足任意一項(xiàng)，則所述第一判定條件成立；

11、所述第二判定條件為判斷圍巖破壞情況是否加劇，所述第二判定條件包括：第一判定子條件和第二判定子條件，所述第一判定子條件為判斷錨固范圍內(nèi)離層是否超過(guò)10mm，錨固范圍外離層是否超過(guò)30mm，所述第二判定子條件為判斷片幫深度是否超過(guò)10cm，片幫面積是否大于1m2，若所述第一判定子條件和第二判定子條件滿足任意一項(xiàng)，則所述第二判定條件成立；

12、所述第三判定條件為判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)是否失效，所述第三判定條件包括：第一判定子條件和第二判定子條件，所述第一判定子條件為判斷錨桿/錨索是否出現(xiàn)托盤(pán)松動(dòng)或脫落，所述第二判定子條件為判斷噴射混凝土層是否出現(xiàn)剝落和開(kāi)裂，并且裂縫寬度超過(guò)3mm，深度超過(guò)混凝土層厚度的1/3，若所述第一判定子條件和第二判定子條件滿足任意一項(xiàng)，則所述第三判定條件成立；

13、所述第四判定條件為判斷所述準(zhǔn)備巷道是否影響生產(chǎn)活動(dòng)。

14、可選的，確定垮裂帶高度，包括：

15、確定礦方是否提供采空區(qū)“三帶”報(bào)告；

16、若礦方提供了所述采空區(qū)“三帶”報(bào)告，根據(jù)所述采空區(qū)“三帶”報(bào)告，確定所述垮裂帶高度；

17、若礦方未提供所述采空區(qū)“三帶”報(bào)告，根據(jù)頂板巖性和垮裂帶經(jīng)驗(yàn)公式確定所述垮裂帶高度。

18、可選的，所述預(yù)設(shè)厚度閾值為2.0m，所述預(yù)設(shè)強(qiáng)度閾值為60mpa。

19、可選的，所述確定所述第一關(guān)鍵層后，根據(jù)關(guān)鍵層對(duì)其他巖層的作用載荷和極限跨距，同理繼續(xù)尋找第二、三，……，j，j+1關(guān)鍵層，直至尋找到的第j關(guān)鍵層的高度超過(guò)所述垮裂帶高度時(shí)，停止尋找第j+1關(guān)鍵層，包括：

20、確定所述第一關(guān)鍵層后，計(jì)算所述第一關(guān)鍵層上方第m層巖層對(duì)第一關(guān)鍵層的第一作用載荷(qm)n，以及所述第一關(guān)鍵層在工作面開(kāi)采過(guò)程中斷裂時(shí)的第一極限跨距l(xiāng)1，以此類(lèi)推，尋找第二、三，……，j，j+1層關(guān)鍵層時(shí)計(jì)算對(duì)應(yīng)的作用載荷和極限跨距；

21、繼續(xù)尋找第二、三，……，j，j+1關(guān)鍵層，所述第二、三，……，j，j+1關(guān)鍵層滿足條件(qm+1)n＜(qm)n，lj＜lj+1，lj+1為所述第j+1關(guān)鍵層在工作面開(kāi)采過(guò)程中斷裂時(shí)的第j+1層關(guān)鍵層的極限跨距；

22、直至尋找到的第j關(guān)鍵層的高度超過(guò)所述垮裂帶高度時(shí)，停止尋找第j+1關(guān)鍵層。

23、可選的，所述第一關(guān)鍵層上方第m層巖層對(duì)第一關(guān)鍵層的第一作用載荷(qm)n為：

24、

25、其中，qn＝rnhn，qn為第n層巖層本身的載荷，rn為第n層巖層體積力，hn為第n層巖層厚度，e為巖層的彈性模量；

26、所述第j關(guān)鍵層在工作面開(kāi)采過(guò)程中斷裂時(shí)的極限跨距l(xiāng)j為：

27、

28、其中，lj為第j層巖層斷裂時(shí)的極限跨距，rt為第n層巖層抗拉強(qiáng)度。

29、可選的，所述根據(jù)巖層破斷角、關(guān)鍵層控制軟巖的頂部與煤層距離、回撤巷道的寬度，確定關(guān)鍵層控制軟巖層的最小懸頂長(zhǎng)度，包括：

30、根據(jù)巖層破斷角、關(guān)鍵層控制軟巖的頂部與煤層距離、回撤巷道的寬度，確定關(guān)鍵層控制軟巖層的最小懸頂長(zhǎng)度為

31、其中，b為關(guān)鍵層控制軟巖層的最小懸頂長(zhǎng)度，α為巖層破斷角、h為關(guān)鍵層控制軟巖的頂部與煤層距離，w為回撤巷道的寬度。

32、根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)實(shí)施例的第二方面，提供一種煤礦準(zhǔn)備巷道水力壓裂切頂護(hù)巷的裝置，所述裝置包括：

33、巷道信息確定模塊，確定需要進(jìn)行護(hù)巷的準(zhǔn)備巷道、煤層上方的支護(hù)層以及垮裂帶高度，所述準(zhǔn)備巷道懸頂及懸頂變長(zhǎng)的原因?yàn)樗鲋ёo(hù)層；

34、第一關(guān)鍵層確定模塊，與所述巷道信息確定模塊相連，將煤層上方出現(xiàn)的第一個(gè)巖層厚度大于預(yù)設(shè)厚度閾值且最大單軸抗壓強(qiáng)度大于預(yù)設(shè)強(qiáng)度閾值的巖層確定為第一關(guān)鍵層；

35、繼續(xù)確定關(guān)鍵層模塊，與所述第一關(guān)鍵層確定模塊相連，確定所述第一關(guān)鍵層后，根據(jù)關(guān)鍵層對(duì)其他巖層的作用載荷和極限跨距，同理繼續(xù)尋找第二、三，……，j，j+1關(guān)鍵層，直至尋找到的第j關(guān)鍵層的高度超過(guò)所述垮裂帶高度時(shí)，停止尋找第j+1關(guān)鍵層；其中，第j關(guān)鍵層上方第m+1層巖層對(duì)第j關(guān)鍵層的作用載荷小于第j關(guān)鍵層上方第m層巖層對(duì)第j關(guān)鍵層的作用載荷，第j+1關(guān)鍵層在工作面開(kāi)采過(guò)程中斷裂時(shí)的極限跨距大于第j關(guān)鍵層在工作面開(kāi)采過(guò)程中斷裂時(shí)的極限跨距；

36、懸頂長(zhǎng)度確定模塊，與所述繼續(xù)確定關(guān)鍵層模塊相連，根據(jù)巖層破斷角、關(guān)鍵層控制軟巖的頂部與煤層距離、回撤巷道的寬度，確定關(guān)鍵層控制軟巖層的最小懸頂長(zhǎng)度；

37、水力壓裂模塊，與所述懸頂長(zhǎng)度確定模塊相連，對(duì)錨固端的巖層和關(guān)鍵層進(jìn)行壓裂，以使關(guān)鍵層及關(guān)鍵層控制的軟巖同步垮落到采空區(qū)。

38、可選的，所述巷道信息確定模塊，包括：

39、報(bào)告信息確定單元，確定礦方是否提供采空區(qū)“三帶”報(bào)告；

40、第一高度確定單元，與所述報(bào)告信息確定單元相連，若礦方提供了所述采空區(qū)“三帶”報(bào)告，根據(jù)所述采空區(qū)“三帶”報(bào)告，確定所述垮裂帶高度；

41、第二高度確定單元，與所述報(bào)告信息確定單元相連，若礦方未提供所述采空區(qū)“三帶”報(bào)告，根據(jù)頂板巖性和垮裂帶經(jīng)驗(yàn)公式確定所述垮裂帶高度。

42、可選的，所述繼續(xù)確定關(guān)鍵層模塊，包括：

43、作用載荷計(jì)算單元，確定所述第一關(guān)鍵層后，根據(jù)關(guān)鍵層對(duì)其他巖層的作用載荷和極限跨距，同理繼續(xù)尋找第二、三，……，j，j+1關(guān)鍵層，直至尋找到的第j關(guān)鍵層的高度超過(guò)所述垮裂帶高度時(shí)，停止尋找第j+1關(guān)鍵層；其中，第j關(guān)鍵層上方第m+1層巖層對(duì)第j關(guān)鍵層的作用載荷小于第j關(guān)鍵層上方第m層巖層對(duì)第j關(guān)鍵層的作用載荷，第j+1關(guān)鍵層在工作面開(kāi)采過(guò)程中斷裂時(shí)的極限跨距大于第j關(guān)鍵層在工作面開(kāi)采過(guò)程中斷裂時(shí)的極限跨距；

44、繼續(xù)確定關(guān)鍵層單元，與所述作用載荷計(jì)算單元相連，繼續(xù)尋找第二、三，……，j，j+1關(guān)鍵層，所述第二、三，……，j，j+1關(guān)鍵層滿足條件(qm+1)n＜(qm)n，lj＜lj+1，lj+1為所述第j+1關(guān)鍵層在工作面開(kāi)采過(guò)程中斷裂時(shí)的第j+1層關(guān)鍵層的極限跨距；

45、直至尋找到的第j關(guān)鍵層的高度超過(guò)所述垮裂帶高度時(shí)，停止尋找第j+1關(guān)鍵層。

46、綜上所述，本發(fā)明公開(kāi)涉及一種煤礦準(zhǔn)備巷道水力壓裂切頂護(hù)巷的方法及裝置，該方法包括：確定需要進(jìn)行護(hù)巷的準(zhǔn)備巷道、支護(hù)層和垮裂帶高度；煤層上方第一個(gè)巖層厚度大于預(yù)設(shè)厚度閾值且最大單軸抗壓強(qiáng)度大于預(yù)設(shè)強(qiáng)度閾值的巖層為第一關(guān)鍵層；根據(jù)作用載荷和極限跨距，繼續(xù)尋找第j關(guān)鍵層，直至尋找到的第j關(guān)鍵層的高度超過(guò)垮裂帶高度時(shí)，停止尋找j+1關(guān)鍵層；根據(jù)巖層破斷角確定最小懸頂長(zhǎng)度；對(duì)錨固端的巖層和關(guān)鍵層進(jìn)行壓裂，以使關(guān)鍵層及關(guān)鍵層控制的軟巖同步垮落到采空區(qū)。能夠通過(guò)破壞頂板上方的覆巖結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)移煤柱上方的應(yīng)力，轉(zhuǎn)移至采空區(qū)，減小煤柱的受力以及巷道圍巖礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度，達(dá)到提升護(hù)巷效果、減小巷道修復(fù)量、實(shí)現(xiàn)巷道穩(wěn)定控制的目的。

47、本發(fā)明公開(kāi)的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。