本技术介绍了一种矿井工作面端头顶板弱化技术,通过在工作面端头巷道危险区域的顶板中实施水力割缝,形成卸压缝槽、阻滞缝槽和远场动载源碎胀缝槽,旨在提升工程安全和效率。
背景技术
我国的煤矿开采以井工开采为主,随着浅部资源的日益枯竭,煤炭开采逐渐向地下深部开展,这就导致煤层地应力升高、开采扰动增强,煤矿生产所面临的强矿压显现加剧。针对坚硬顶板矿压显现规律及其致灾机理,国内外已有大量研究。冲击矿压是在煤岩系统所释放的能量大于其所消耗的能量条件下诱发的一种失稳现象,当煤岩体所受的应力没有超过极限强度时不会发生冲击矿压,在煤岩系统中弹性能释放的速率小于裂纹扩展时能量耗散的速率情况下也不会发生冲击矿压。然而,采掘工程活动会导致采掘空间围岩应力与能量的重新调整,当围岩静载荷与外部动载引起的动载荷叠加超过煤岩冲击破坏的临界载荷时,则煤-岩系统失稳破坏、进而会诱发冲击矿压。特别是当工作面顶板为坚硬顶板时,随着工作面的推进,采空区上方悬顶过长,工作面端头部分顶板容易积聚大量的弹性能,若在采动应力或地质活动产生的冲击载荷作用下发生突然断裂,则有可能在巷道诱发顶板事故、进而诱发冲击矿压。
现有技术中针对冲击矿压的防范措施主要分为优化巷道布置、加强支护、充填防冲及弱化坚硬顶板等四种解决思路。其中,优化巷道布置方面,可有效利用采空区应力降低区从而削弱巷道所受的静载影响;加强支护方面,利用高预应力锚杆,可有效控制巷道围岩变形。但这两种方法都不能从根本上解决动静载叠加的造成的顶板高应力区。充填防冲虽然可以有效解决悬顶问题,但成本高昂。因此,目前针对冲击矿压的防范措施主要着重于弱化坚硬顶板强度。传统的顶板弱化方法包括注水弱化顶板、钻孔卸压、水力致裂、钻孔爆破预裂等手段。其中注水弱化顶板局限性较大,对孔隙率小,吸水性弱和裂隙发育不完全的岩体效果不好;钻孔卸压能够降低周围煤岩体的应力集中程度,但单一钻孔的影响范围有限;水力压裂对于结构、岩性复杂的顶板,无法对压裂效果进行有效的评估;钻孔爆破预裂的卸压范围大,但作业难度大、且产生的动载可能诱发冲击矿压,基于安全作业和环境保护的限制难以大范围应用。
实现思路