一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法与流程

1.本发明涉及一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法，属于煤矿地下开采巷道围岩压力灾害控制技术领域

背景技术：

2.随着煤矿开采活动的不断进行，采出率低，巷道掘进工程量大、采掘接续紧张的问题日益显著，同时临近采空区边界的坚硬顶板大面积悬露将导致应力集中，使巷道产生大变形甚至破坏，不仅增加了维护的人力物力，也给煤矿生产带来极大隐患。为此，切顶卸压沿空留巷技术应运而生，能够切断坚硬顶板造成的高应力效应，并得到了广泛应用。
3.传统切顶卸压沿空留巷技术多采用爆破技术，施工要求较高，常常出现瞎炮哑炮等现象，且对于高瓦突出矿井具有一定危险性，爆破产生的气体会污染生产作业环境，不能满足绿开采的要求。
4.水压致裂是通过控制高压水流促使裂纹发育扩展，从而达到破坏岩体完整性的技术。
5.水压致裂技术以其安全性高、环境友好、工程量小、成本低以及对高瓦斯、突出矿井等矿井适应性强等优势在煤矿的日常生产中凸显强大的价值，尤其对坚硬顶板的控制作用十分显著，能够弱化坚硬顶板的强度，切断采空区与巷道之间的物理联系，使采空区边界顶板逐步垮落，缩短来压步距进一步消除坚硬顶板对采掘活动的影响。

技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提出一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法。
7.为了实现发明内容，本发明采用的技术方案在于以下几个步骤：
8.s1记录煤层顶板岩层特征；
9.s2确定水压致裂关键参数；
10.s3封孔器的安装与调试，所述封孔器的安装与调试包括安装机构，所述安装机构包括安装板一、框架和安装板二，所述安装板一底部与框架固定连接，所述安装板二顶部固定连接有两个调节板，所述框架底部开设有两个调节孔，所述调节板与调节孔内壁相接触，所述框架底部内壁上开设有两个底槽，所述底槽内固定连接有导杆一，所述导杆一外侧滑动套设有套板一，所述套板一的一侧焊接有弹簧一，所述弹簧一一端焊接于底槽的一侧内壁上，所述套板一顶部固定连接有定位板，所述调节板一侧开设有多个定位槽，所述定位板与一个定位槽相卡装，所述框架底部内壁上固定连接有两个支撑杆，两个支撑杆外侧滑动套设有一个竖块，所述竖块与定位板之间铰接有铰接件，在竖块向上进行移动时，可以使得铰接件进行转动，进而转动的铰接件可以带动定位板进行移动，所述框架一侧开设有转孔，所述转孔内转动连接有转杆，所述转杆上固定连接有绳体，所述绳体底端与竖块固定连接，在转杆旋转时，可以使得绳体绕到转杆上，进而可以使得绳体对竖块进行拉动，使得竖块向
上进行移动，所述框架一侧开设有主槽，所述主槽底部内壁上开设有滑孔，所述滑孔内滑动连接有滑杆，所述滑杆顶端固定连接有联动板，所述联动板底端焊接有弹簧二，所述弹簧二底端焊接于主槽的底部内壁上，所述联动板顶部固定连接有卡杆和导电片一，所述转杆上开设有卡槽，所述卡杆与卡槽相卡装，所述主槽顶部内壁上固定连接有导电片二，所述导电片一顶部与导电片二相接触，所述框架一侧固定连接有指示灯，所述导电片一、导电片二与指示灯依次串联并构成回路，所述安装板一两侧均固定连接有两个装配件，所述装配件顶部开设有装配孔；
11.s4封孔器的推送；
12.s5封孔器的注水与水压观测；
13.s6封孔器卸压退出。
14.作为改进的，上述步骤s1是为了到顶板坚硬关键层，并确定坚硬关键层顶板的深度h115.作为改进的，上述步骤s2中水压致裂关键参数致裂孔深度应与岩层的切顶深度一致，需判定h1是否能作为切顶深度h。
16.若h1≥hi，则切顶垮落后的岩石能够填满采空区，起到护顶作用，确定切顶深度h取h1,
17.若h1≤hi则切顶垮落后的岩石不能够填满采空区，起不到护顶作用，确定关键参数切顶深度h取hi所在层位的岩层深度。
[0018][0019]
其中hm为煤层厚度，m；
△
h1为顶板下沉量，m；
△
h2为底鼓量，m；k为岩石碎胀系数，取值范围通常为1.1～1.3。
[0020]
作为改进的，上述步骤s2中水压致裂关键参数致裂孔角度应与岩层的切顶角度一致，切顶角度θ应满足：
[0021][0022]
其中l为基本顶岩块长度，m，θ为切顶角度，(
°
)；为岩石内摩擦角，(
°
)；
△
s切落顶板的下沉量，m。
[0023]
作为改进的，留巷工作面施工顶板处依照确定的h和θ，每300m施工6个水压欲裂钻孔为一组，根据留巷长度可适当增加。
[0024]
作为改进的，水压致裂开孔位置应超前工作面150m。
[0025]
作为改进的，步骤2的致裂关键参数高压水泵的出口压力p应大于顶板坚硬关键层的起裂应力p1，p1满足：
[0026]
p1＝3σ
min-σ
max
+σ
t
[0027]
其中σ
min
是岩石起裂强度的最小值，σ
max-岩石起裂强度的最大值，σ
t
—岩石抗拉强度。
[0028]
作为改进的，用于致裂的冲孔钻头外径65mm，配备专用的外径50mm，长度为1.0m的钻杆，
[0029]
作为改进的，供水管线的承压能力不小于80mpa。
[0030]
作为改进的，所述步骤s3中，所述封孔器的安装与调试包括安装机构，所述安装机构包括安装板一、框架和安装板二，所述安装板一底部与框架固定连接，所述安装板二顶部固定连接有两个调节板，所述框架底部开设有两个调节孔，所述调节板与调节孔内壁相接触，所述框架底部内壁上开设有两个底槽，所述底槽内固定连接有导杆一，所述导杆一外侧滑动套设有套板一，所述套板一的一侧焊接有弹簧一，所述弹簧一一端焊接于底槽的一侧内壁上，所述套板一顶部固定连接有定位板，所述调节板一侧开设有多个定位槽，所述定位板与一个定位槽相卡装，所述框架底部内壁上固定连接有两个支撑杆，两个支撑杆外侧滑动套设有一个竖块，所述竖块与定位板之间铰接有铰接件，在竖块向上进行移动时，可以使得铰接件进行转动，进而转动的铰接件可以带动定位板进行移动，所述框架一侧开设有转孔，所述转孔内转动连接有转杆，所述转杆上固定连接有绳体，所述绳体底端与竖块固定连接，在转杆旋转时，可以使得绳体绕到转杆上，进而可以使得绳体对竖块进行拉动，使得竖块向上进行移动，所述框架一侧开设有主槽，所述主槽底部内壁上开设有滑孔，所述滑孔内滑动连接有滑杆，所述滑杆顶端固定连接有联动板，所述联动板底端焊接有弹簧二，所述弹簧二底端焊接于主槽的底部内壁上，所述联动板顶部固定连接有卡杆和导电片一，所述转杆上开设有卡槽，所述卡杆与卡槽相卡装，所述主槽顶部内壁上固定连接有导电片二，所述导电片一顶部与导电片二相接触，所述框架一侧固定连接有指示灯，所述导电片一、导电片二与指示灯依次串联并构成回路，所述安装板一两侧均固定连接有两个装配件，所述装配件顶部开设有装配孔。
[0031]
在对封孔器进行安装时，向下拉动联动板，可以使得卡杆移出卡槽，联动板带动滑杆进行移动，联动板挤压弹簧二，转动转杆，转杆为l型结构，转杆带动绳体进行移动，使得绳体绕到转杆外侧，绳体带动竖块进行移动，竖块带动铰接件进行转动，转动的铰接件带动定位板进行移动，使得定位板带动套板一进行移动，套板一挤压弹簧一，封孔器固定安装在安装板二的底部，将调节板移入调节孔内，根据对封孔器安装的高度对调节板的位置进行调节，在调节完成后，松开转杆，此时弹簧一复位，可以使得套板一带动定位板进行移动，使得定位板卡入一个定位槽内，对调节板进行限位处理，然后松开联动板，弹簧二复位，可以使得卡杆向上移动卡入卡槽内，进而可以使得导电片一与导电片二相接触，进而可以使得指示灯亮起，提醒工作人员安装到位，在对封孔器安装到位后，再对封孔器进行调试工作。
[0032]
本发明取得的有益效果是：
[0033]
与现有技术相比，本发明充分发挥水压致裂技术的优势，精准确定水压致裂关键参数，实现可定向压裂坚硬顶板、弱化顶板的完整性，切断回采巷道与坚硬顶板之间的高应力环境，使采空区边界顶板逐步垮落，缩短来压步距进一步消除坚硬顶板对采掘活动的影响，适用于高瓦斯突出矿井，且实施过程不会伴生污染废物，能够满足绿开采的要求。
[0034]
通过设置的安装机构，在对封孔器进行安装时，向下拉动联动板，可以使得卡杆移出卡槽，联动板带动滑杆进行移动，联动板挤压弹簧二，并且可以使得导电片一与导电片二相分离，此时指示灯关闭，转动转杆，转杆带动绳体进行移动，使得绳体绕到转杆外侧，绳体带动竖块进行移动，竖块带动铰接件进行转动，铰接件带动定位板进行移动，定位板带动套板一进行移动，套板一挤压弹簧一，封孔器固定安装在安装板二的底部，将调节板移入调节孔内，根据对封孔器安装的高度对调节板的位置进行调节，在调节完成后，松开转杆，此时弹簧一复位，可以使得套板一带动定位板进行移动，使得定位板卡入一个定位槽内，对调节
板进行限位处理，然后松开联动板，弹簧二复位，可以使得卡杆向上移动卡入卡槽内，进而可以使得导电片一与导电片二相接触，在导电片一与导电片二相接触时，进而可以使得指示灯亮起，提醒工作人员安装到位，可以根据需要将封孔器固定在不同高度处，满足不同的使用需要。
附图说明
[0035]
图1为本发明实施例1的煤岩层柱状图；
[0036]
图2为本发明实施例1的结构示意图；
[0037]
图3为本发明实施例1的顶板预裂钻孔平面示意图；
[0038]
图4为本发明实施例1的顶板预裂钻孔剖面示意图；
[0039]
图5为本发明实施例1的安装机构部分的结构示意图；
[0040]
图6为本发明实施例1的安装机构部分的剖视结构示意图；
[0041]
图7为图6中的a部分的结构示意图；
[0042]
图8为图6中的b部分的结构示意图。
[0043]
图中：1－进水阀门，2－高压水泵器，3－数显显示器，4－可旋转高压水，5－高压注水软管，6－连接螺塞，7－高压注水钢管，8－一键启停开关，9－底板固定器，10－手动试压器，11－加压手柄，12－防震压力表，13－试压器软管，14－密封器，15－水压致裂钻孔，16-安装板一，17-框架，18-安装板二，19-调节板，20-导杆一，21-套板一，22-弹簧一，23-定位板，24-定位槽，25-竖块，26-支撑杆，27-铰接件，28-转杆，29-绳体，30-滑杆，31-联动板，32-弹簧二，33-卡杆，34-卡槽，35-导电片一，36-导电片二，37-指示灯，38-装配件。
具体实施方式
[0044]
为了更好地描述本发明的实施及使用过程，将通过具体实例进行细致说明，具体描述并不限制发明的适用范围。
[0045]
本发明涉及的专业术语为采矿工程专业技术术语和科学技术术语，也适用于其他技术发明，仅限于本发明的专业技术术语及科学技术术语将另行定义
[0046]
发明实例1
[0047]
以杏花煤矿水压致裂切顶留巷技术实践进行详细说明。
[0048]
54
#
右三回采工作面，位于鸡西杏花煤矿二水平西三采区，工作面北边为54
#
右二巷、南边为54
#
右三巷，西边为切眼、东边为采止线，走向长度583m，倾向长度193m，埋深h＝722～787m，倾角5～8
°
，平均倾角6
°
，煤层平均厚度2.98m。工作面采用走向长壁后退式采煤法，54
#
右三巷采用切顶留巷方式进行留巷，留巷长度583m，作为西三54
#
右四采面回风平巷使用，巷道断面尺寸为3.8m
×
2.7m。
[0049]
54
#
煤层结构复杂，主要以光亮型煤为主。54
#
煤层平均厚度在2.98m左右，纯煤厚度在2.12m(亮煤1.90，暗煤0.22)，内夹数层页岩。直接顶为9.52m厚的粉中砂岩组成的互层，层理方向为水平方向；基本顶为灰白粉砂岩；底板为深灰砂质泥岩。煤层顶底板岩性，见柱状图1所示。
[0050]
在进行水压致裂切顶留巷技术作业前，需要记录煤层顶板岩层特征，准厚硬顶板的关键层位，并确定关键层顶板为粉中砂岩互层，深度h1＝9.52m，以此确定水压致裂关
键参数。
[0051]
水压致裂关键参数致裂孔深度应与岩层的切顶深度一致，水压致裂致使垮落的基本顶和老顶需满足填满整个已经回采区域的采空区，起到保护采空区顶板的作用，顶板垮落空间的大小与垮落岩石的碎胀系数有关，需要经过公式1进行校核，判定h1是否能作为切顶深度h。
[0052][0053]
其中hm为煤层厚度，m；
△
h1为顶板下沉量，m；
△
h2为底鼓量，m；k为岩石碎胀系数，取值范围通常为1.1～1.3。
[0054]
针对54#右三回采工作面，平均采高hm取2.9m，不考虑顶板下沉量及底鼓量，岩石碎胀系数k取值1.3，计算求得hi＝9.5m。
[0055]
若h1≥hi，则切顶垮落后的岩石能够填满采空区，起到护顶作用，确定切顶深度h取h1＝9.52m，为了施工便利水压致裂孔深度取9.5m。水压致裂关键参数致裂孔角度应与岩层的切顶深度一致，根据岩块滑落失稳理论，为保证切缝面岩体顺利垮落，切顶角度θ应满足公式2：
[0056][0057]
其中l为基本顶岩块长度，m，θ为切顶角度，(
°
)；为岩石内摩擦角，(
°
)；
△
s切落顶板的下沉量，m。
[0058]
结合杏花煤矿54
#
右三回采工作面情况，切落顶板的长度介于14m～19m之间，切落顶板的下沉量取3.25m，切落顶板厚度为9.5m，计算可得：θ＝6.4
°
～14.6
°
，为了容易施工及安全，切顶角度取值为15
°
。
[0059]
水压致裂关键参数高压水泵的出口压力p应大于顶板坚硬关键层的起裂应力p1，p1满足，以此保证能够形成切缝面，使顶板成功垮落：
[0060]
p1＝3σ
min-σ
max
+σ
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0061]
其中σ
min
是岩石的起裂应力的最小值，σ
max-岩石的起裂应力的最大值，σ
t
—岩石抗拉强度。
[0062]
杏花煤矿54
#
右三回采工作面上覆的关键顶板为粉中砂岩互层，经力学实验测定，关键顶板的最小起裂应力为16.5mpa，最大起裂应力为27.5mpa，抗拉强度为3.9mpa，由公式(3)计算高压水泵的出水口压力应为55.9mpa，考虑为使出口压力充足，保证顶板的切顶效果，出口压力p取60mpa。
[0063]
顶板水力致裂切顶留巷技术方法，在进行水压切顶实施时需要进行开孔推管、试压封孔、高压致裂、持续水压四个阶段，如图2所示，具体施工步骤如下所示：
[0064]
1使用地质钻机依照上面步骤确定的水压致裂切顶关键参数确定的致裂孔的深度和角度，施工水力压裂孔15，充分冲洗压裂孔，保证孔内岩屑全部排除。
[0065]
2向水力压裂孔15分节放入注水钢管7，并将固定2节钢管作为压裂钢管，并将钢管与封口器14相连，封孔器连接手动试压器软管13相连，缓慢向水力压裂孔15推入一对(4m)
注水钢管7，直到封堵段达到指定的压裂区域，完成开孔推管作业阶段。
[0066]
3.为防止注水过程中，反作用力使封孔器从水力压裂孔15中脱落，注水钢管7需使用锚杆等硬物抵至巷道底板处。
[0067]
4.将注水钢管7与可旋转高压出水4通过高压供水胶管5相连，压出水里的水来自入水管路1经高压水泵2增压后排出。其中高压水泵上设有数显压力表3、一键启停开关8及固定器9，注水软管6与注水钢管之间通过螺塞6进行紧固。
[0068]
5.通过上下活动手动试压泵10的加压手柄11，使加压气流通过手动试压器软管13与封孔器14膨胀胶塞相连，以此防止作业过程中的封孔器脱落，实现封孔器作用，手动试压泵10上设有防震压力表12，手动试压加压1～5mpa，停止一段时间，观测压力表12示数，用以检查装置气密性。
[0069]
6.为保障人员安全，距离压裂孔20m处设置警示线，作业期间除施工人员禁止人员通行，操作人员以及作业设备距离压裂孔的距离应在20m以上，且位于支护条件良好的作业地点。
[0070]
7.通过高压水泵2为压裂孔15进行缓慢注水，实时监测数显压力表3压力变化，初期当压力表示数随注水进程同步升高时，无水流出，说明工作正常，反之需要检查封孔器及各连接部件是连接正常。
[0071]
8.开启水压仪，给高压水泵先通水再通电，然后慢慢加压，同时记录水泵压力表3、流量计以及手动泵压力表12数据，继续加压直至预裂缝开裂，当压力表3示数达到60mpa时暂停加压，若压力表示数无明显变化，继续加压5～10mpa，待示数出现缓慢下降时，进行保压注水，直至巷道顶板及两帮出现大量水流时立即停止压裂，压裂时间依据压裂情况而定。
[0072]
9.压裂结束后，高压水泵先断电再停水，封孔器卸压，然后退出钻孔，准备下次压裂。
[0073]
具体施工地点及水压致裂形式如图3、如图4所示。
[0074]
留巷工作面施工顶板处依照确定的h和θ，每300m施工6个水压欲裂钻孔为一组，根据留巷长度可适当增加。
[0075]
水压致裂开孔位置应超前回采工作面150m布置。
[0076]
用于致裂的冲孔钻头外径65mm，配备专用的外径50mm，长度为1.0m的钻杆，供水管线的承压能力不小于80mpa，详细要求如表1所示。
[0077][0078][0079]
施工前，需确保施工地点的瓦斯、一氧化碳等有毒有害气体均在安全范围内，且作业地点施工条件良好，如遇顶板及两帮破损严重，需及时采取加强支护，以此保证作业人员的生命安全。
[0080]
施工过程中，产生的废水需经水泵排至置顶地点不得随意排放巷道内。
[0081]
高压水泵和手动试压泵，每使用200h，需要更换专用润滑剂进行一次保养，使用前需要进行检修，严禁使用故障设备进行水压致裂作业。使用完毕需要排净设备及管路中的水，用干布擦拭，保持干燥。
[0082]
施工过程中，如遇到卡钻、作业地点锚杆夹断等动压现象，需要立刻停止作业，作
业人员迅速撤离至安全地点。
[0083]
作业人员需随身携带通讯设备，以便随时沟通交流水压致裂状态及工作环境变化。
[0084]
施工完毕后，及时打扫清理现场，并迅速撤离至安全地点。
[0085]
步骤s3中，封孔器的安装与调试包括安装机构，安装机构包括安装板一16、框架17和安装板二18，安装板一16底部与框架17固定连接，安装板二18顶部固定连接有两个调节板19，框架17底部开设有两个调节孔，调节板19与调节孔内壁相接触，调节板19可以在竖向进行移动，可以对调节板19的位置进行调节，进而可以对封孔器的高度进行调节，满足不同的封孔器安装需要，框架17底部内壁上开设有两个底槽，底槽内固定连接有导杆一20，导杆一20外侧滑动套设有套板一21，可以有效的提高套板一21在横向移动时的稳定性，套板一21的一侧焊接有弹簧一22，弹簧一22一端焊接于底槽的一侧内壁上，套板一21顶部固定连接有定位板23，调节板19一侧开设有多个定位槽24，定位板23与一个定位槽24相卡装，框架17底部内壁上固定连接有两个支撑杆26，两个支撑杆26外侧滑动套设有一个竖块25，竖块25与定位板23之间铰接有铰接件27，框架17一侧开设有转孔，转孔内转动连接有转杆28，转杆28上固定连接有绳体29，绳体29底端与竖块25固定连接，框架17一侧开设有主槽，主槽底部内壁上开设有滑孔，滑孔内滑动连接有滑杆30，滑杆30顶端固定连接有联动板31，联动板31底端焊接有弹簧二32，弹簧二32底端焊接于主槽的底部内壁上，联动板31顶部固定连接有卡杆33和导电片一35，转杆28上开设有卡槽34，卡杆33与卡槽34相卡装，主槽顶部内壁上固定连接有导电片二36，导电片一35顶部与导电片二36相接触，框架17一侧固定连接有指示灯37，导电片一35、导电片二36与指示灯37依次串联并构成回路，安装板一16两侧均固定连接有两个装配件38，装配件38顶部开设有装配孔，可以通过螺栓将螺栓穿过装配孔，进而可以将装配件38固定在指定位置处。
[0086]
本发明中，在对封孔器进行安装时，向下拉动联动板31，可以使得卡杆33移出卡槽34，联动板31带动滑杆30进行移动，联动板31挤压弹簧二32，转动转杆28，转杆28带动绳体29进行移动，使得绳体29绕到转杆28外侧，绳体29带动竖块25进行移动，竖块25带动铰接件27进行转动，铰接件27带动定位板23进行移动，定位板23带动套板一21进行移动，套板一21挤压弹簧一22，封孔器固定安装在安装板二18的底部，将调节板19移入调节孔内，根据对封孔器安装的高度对调节板19的位置进行调节，在调节完成后，松开转杆28，此时弹簧一22复位，可以使得套板一21带动定位板23进行移动，使得定位板23卡入一个定位槽24内，对调节板19进行限位处理，在定位板23移动过程中，可以使得铰接件27进行转动，铰接件27转动带动竖件25向下进行移动，竖件25带动绳体29向下进行移动，绳体29从转杆28上绕出，进而可以使得转杆28反方向进行旋转，直至转杆28转回原位，然后松开联动板31，弹簧二32复位，弹簧二32是套设在滑杆30的外侧，联动板31前侧和后侧分别与主槽的前侧内壁和后侧内壁相接触，并且联动板31右侧与主槽的右侧内壁相接触，可以保证联动板31在竖向进行移动，可以使得联动板31向上进行移动，进而可以使得卡杆33向上移动卡入卡槽34内，联动板31向上移动过程中可以使得滑杆30向上进行移动，进而可以使得导电片一35与导电片二36相接触，进而可以使得指示灯37亮起，提醒工作人员安装到位，在指示灯37不亮时，可以提醒工作人员没有安装到位，需要进行再次安装处理。
[0087]
本发明充分发挥水压致裂技术的优势，精准确定水压致裂关键参数，实现可定向
压裂坚硬顶板、弱化顶板的完整性，切断回采巷道与坚硬顶板之间的高应力环境，使采空区边界顶板逐步垮落，缩短来压步距进一步消除坚硬顶板对采掘活动的影响，适用于高瓦斯突出矿井，且实施过程不会伴生污染废物，能够满足绿开采的要求。
[0088]
本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：

1.一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法，其特征在于，包括以下步骤:s1记录煤层顶板岩层特征；s2确定水压致裂关键参数；s3封孔器的安装与调试；s4封孔器的推送；s5封孔器的注水与水压观测；s6封孔器卸压退出。2.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法，其特征在于，所述步骤s1中记录煤层顶板的特征是为了到顶板坚硬关键层，确定坚硬关键层顶板的厚度h1。3.根据权利要求1或2所述的一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法，其特征在于，水压致裂关键参数水压孔深度应与岩层的切顶深度一致，需判定h1是否能作为切顶关键参数切顶深度h，若h1≥h
i
，则切顶垮落后的岩石能够填满采空区，起到护顶作用，确定关键参数切顶深度h取h1，若h1≤h
i
则切顶垮落后的岩石不能够填满采空区，起不到护顶作用，确定关键参数切顶深度h取h
i
所在层位的岩层深度。其中h
m
为煤层厚度，m；
△
h1为顶板下沉量，m；
△
h2为底鼓量，m；k为岩石碎胀系数，取值范围通常为1.1～1.3。4.根据权利要求1或3所述的一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法，其特征在于，水压致裂关键参数水压孔角度应与岩层的切顶角度一致，切顶角度θ应满足：其中l为基本顶岩块长度，m，θ为切顶角度，(
°
)；为岩石内摩擦角，(
°
)；
△
s切落顶板的下沉量，m。5.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法，其特征在于，留巷工作面施工顶板处依照确定的h和θ，每300m施工6个水压欲裂钻孔为一组，根据留巷长度可适当增加。6.根据权利要求5所述的一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法，其特征在于，水压致裂开孔位置应超前工作面150m。7.根据权利要求1或2所述的一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法，其特征在于，步骤2的致裂关键参数高压水泵的出口压力p应大于大于顶板坚硬关键层的起裂应力p1，p1满足：p1＝3σ
min-σ
max
+σ
t
其中σ
min
是岩石起裂强度的最小值，σ
max-岩石起裂强度的最大值，σ
t
—岩石抗拉强度。8.根据权利要求1或5所述的一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法，其特征在于，用于致裂的冲孔钻头外径65mm，配备专用的外径50mm，长度为1.0m的钻杆。9.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法，其特征在于，供水管线的承压能力不小于80mpa。
10.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板下回采巷道水力压裂切顶卸压的技术方法，其特征在于，所述步骤s3中，所述封孔器的安装与调试包括安装机构，所述安装机构包括安装板一(16)、框架(17)和安装板二(18)，所述安装板一(16)底部与框架(17)固定连接，所述安装板二(18)顶部固定连接有两个调节板(19)，所述框架(17)底部开设有两个调节孔，所述调节板(19)与调节孔内壁相接触，所述框架(17)底部内壁上开设有两个底槽，所述底槽内固定连接有导杆一(20)，所述导杆一(20)外侧滑动套设有套板一(21)，所述套板一(21)的一侧焊接有弹簧一(22)，所述弹簧一(22)一端焊接于底槽的一侧内壁上，所述套板一(21)顶部固定连接有定位板(23)，所述调节板(19)一侧开设有多个定位槽(24)，所述定位板(23)与一个定位槽(24)相卡装，所述框架(17)底部内壁上固定连接有两个支撑杆(26)，两个支撑杆(26)外侧滑动套设有一个竖块(25)，所述竖块(25)与定位板(23)之间铰接有铰接件(27)，所述框架(17)一侧开设有转孔，所述转孔内转动连接有转杆(28)，所述转杆(28)上固定连接有绳体(29)，所述绳体(29)底端与竖块(25)固定连接，所述框架(17)一侧开设有主槽，所述主槽底部内壁上开设有滑孔，所述滑孔内滑动连接有滑杆(30)，所述滑杆(30)顶端固定连接有联动板(31)，所述联动板(31)底端焊接有弹簧二(32)，所述弹簧二(32)底端焊接于主槽的底部内壁上，所述联动板(31)顶部固定连接有卡杆(33)和导电片一(35)，所述转杆(28)上开设有卡槽(34)，所述卡杆(33)与卡槽(34)相卡装，所述主槽顶部内壁上固定连接有导电片二(36)，所述导电片一(35)顶部与导电片二(36)相接触，所述框架(17)一侧固定连接有指示灯(37)，所述导电片一(35)、导电片二(36)与指示灯(37)依次串联并构成回路，所述安装板一(16)两侧均固定连接有两个装配件(38)，所述装配件(38)顶部开设有装配孔。

技术总结

本发明公开一种煤矿地下开采沿空留巷所采用的水力定向压裂的方法，属于煤矿地下开采巷道围岩压力灾害控制技术领域，包括如下步骤：S1记录煤层顶板岩层特征、S2确定水压致裂关键参数、S3封孔器的安装与调试、S4封孔器的推送、S5封孔器的注水与水压观测，S6封孔器卸压退出。本发明充分发挥水压致裂技术的优势，精准确定水压致裂关键参数，实现可定向压裂坚硬顶板、弱化顶板的完整性消除坚硬顶板对采掘活动的影响，适用于高瓦斯突出矿井，且实施过程不会伴生污染废物。程不会伴生污染废物。