特大采場空間遠近場井上下協(xié)同頂板控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦堅硬頂板控制方法，具體為特大采場空間遠近場井上下協(xié)同頂板控制方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，高效集約化的生產(chǎn)模式已逐漸成為煤礦開采的常態(tài)，特別是大采高綜放開采先進采煤技術的應用，使得工作面走向長度、工作面斜長、煤層厚度大幅增加，頂板垮落帶高度也大幅增加，垮裂比異于尋常，從而形成了特大采場空間，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異乎尋常的劇烈來壓，這種條件下，劇烈礦壓的顯現(xiàn)已經(jīng)遠遠超出了堅硬基本頂?shù)淖饔靡鸬牡V壓顯現(xiàn)范圍。高位堅硬頂板巖層的破斷失穩(wěn)引發(fā)的采場應力場、覆巖空間結構演化更加復雜，大規(guī)模高強度的開采擾動不僅導致垮落帶范圍覆巖劇烈運動，而且會使上覆采空區(qū)空間平衡結構進一步失穩(wěn)，從而形成采空區(qū)頂板巖層大面積異常礦壓劇烈顯現(xiàn)，甚至誘發(fā)沖擊地壓、煤與瓦斯突出等煤巖動力災害。如何有效地降低礦壓，不僅要立足于近場30-80m范圍的堅硬基本頂?shù)目刂疲塾谶h場100-350m高位堅硬基本頂?shù)目刂?。因此，研究一種針對特大采場的能夠有效控制近場堅硬頂板和遠場堅硬頂板的協(xié)同頂板控制方法是十分有必要的。
[0003]專利文件CN201510108115.7公開了一種《弱化距煤層100?350m高位堅硬頂板的方法及裝置》其中包括使用垂直孔水力壓裂堅硬頂板控制方法，以下稱為“垂直孔水力壓裂堅硬頂板控制方法”。
[0004]專利文件CN201510037487.5公開了一種《降低特厚煤層工作面遠場堅硬頂板沖擊性來壓強度的方法》其中包括使用L型孔水力壓裂堅硬頂板的控制方法，以下稱為“L型孔水力壓裂堅硬頂板控制方法”。
[0005]專利文件CN201210013370.X公開了一種《利用脈沖致裂實現(xiàn)治理沖擊地壓的方法》其中包括使用高聚能重復脈沖強沖擊波堅硬頂板控制方法，以下稱為“高聚能重復脈沖強沖擊波堅硬頂板控制方法”。
[0006]專利文件CN201210144077.7公開了一種《煤礦堅硬頂板分層爆破方法》，其中包括使用分層爆破控制堅硬頂板的方法，以下稱為“分層爆破堅硬頂板控制方法”。
[0007]專利文件CN201310483719.0公開了一種《提高綜放工作面初采期間頂煤回收率的方法》，其中包括使用水力壓裂控制堅硬頂板的方法，以下稱為“水力壓裂弱化堅硬頂板控制方法”。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明解決目前缺乏特大采場空間近場和遠場堅硬頂板綜合協(xié)同控制方法的問題，提供一種特大采場空間遠近場井上下協(xié)同頂板控制方法。
[0009]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:特大采場空間遠近場井上下協(xié)同頂板控制方法，包括特大采場空間遠場井上垂直孔水力壓裂堅硬頂板控制方法、特大采場空間遠場井上L型孔水力壓裂堅硬頂板控制方法、特大采場空間遠場井上高聚能重復脈沖強沖擊波堅硬頂板控制方法、特大采場空間近場井下注水堅硬頂板控制方法、特大采場空間近場井下分層爆破堅硬頂板控制方法、特大采場空間近場井下水力壓裂弱化堅硬頂板控制方法；首先，采用特大采場空間遠場井上垂直孔水力壓裂堅硬頂板控制方法對遠場堅硬頂板進行控制；
其次，采用特大采場空間遠場井上L型孔水力壓裂堅硬頂板控制方法對各個目的層的堅硬頂板進行控制；
然后，采用特大采場空間遠場井上高聚能重復脈沖強沖擊波堅硬頂板控制方法對已經(jīng)弱化的各目的層堅硬頂板進行深度控制；
至此，完成特大采場空間遠場堅硬頂板井上施工控制，同時或然后，進行特大采場空間近場堅硬頂板井下施工控制，首先，采用特大采場空間近場井下注水堅硬頂板控制方法對近場堅硬頂板進行初步控制；
然后，采用特大采場空間近場井下分層爆破堅硬頂板控制方法分別對近場堅硬頂板進行分層弱化控制；
最后，采用特大采場空間近場井下水力壓裂弱化堅硬頂板控制方法對近場堅硬頂板進行控制。
[0010]依次采用井上垂直孔水力壓裂法、井上L型孔水力壓裂法、井上高聚能重復脈沖強沖擊波法對遠場堅硬頂板進行控制，由于上述三種方法的施工次序的安排，不僅充分發(fā)揮了各個方法的優(yōu)勢，而且彼此之間功效得到了加強，具體體現(xiàn)在:1、垂直孔水力壓裂法先對局部遠場堅硬頂板進行重點弱化，但是其缺點在于輻射范圍有限，一半只能覆蓋半徑幾十米范圍，對于特大采場空間遠場堅硬頂板，若只采用垂直孔水力壓裂法，需在廣大的開采面上方打眾多垂直孔，耗費大量人力物力財力;2、L型孔水力壓力法主要針對同一目的層的遠場堅硬頂板進行弱化，L型孔的水平孔可在較大長度范圍內對目的層的堅硬頂板進行弱化，彌補了垂直孔水力壓裂法的不足;3、高聚能重復脈沖強沖擊波法的弱化效果主要體現(xiàn)在各個目的層的堅硬頂板經(jīng)垂直孔、L型孔水力壓裂法初步弱化之后，對其進行進一步弱化，使得各層、各部位堅硬頂板徹底弱化。
[0011]同時，僅采用井上各種控制方法只能對遠場堅硬頂板進行弱化，而近場堅硬頂板須在井下進行控制，依次使用井下注水法、井下分層爆破法、井下水力壓裂法對近場堅硬頂板進行控制，同樣的，由于上述三種方法的施工次序的安排，不僅充分發(fā)揮了各個方法的優(yōu)勢，而且彼此之間功效得到了加強，具體體現(xiàn)在:1、先采用井下注水法對近場堅硬頂板進行濕潤，初步弱化，以便于后續(xù)控制方法能夠起到更加顯著的效果，此方法為本領域公知的常規(guī)技術手段。但井下注水法對近場堅硬頂板的弱化效果受限于注水后的濕潤半徑，同井上垂直孔水力壓裂法相似的，若要在大面積的開采面范圍內對近場堅硬頂板進行弱化，必須在多處分布注水孔，且在注水孔內充入大量的動靜壓水，在弱化近場堅硬頂板的同時，也增加了頂板承受的壓力，帶來一定的安全隱患；2、井下分層爆破法主要針對的是同一目的層的堅硬頂板進行弱化控制，其可以在爆破后使得楔形槽預裂縫向外輻射擴散，在近場堅硬頂板受到初步注水弱化后，預裂縫的擴散范圍與未經(jīng)注水弱化時的范圍相比得到了大幅度提高；3、近場堅硬頂板在經(jīng)過濕潤初步弱化、爆破進一步弱化之后，采用井下水力壓裂法可使得各目的層，各空間區(qū)域內的堅硬頂板徹底弱化，其效果與單純使用時相比，弱化效果提升明顯。由于井上遠場堅硬頂板控制與井下近場堅硬頂板控制互不干涉，因此井上、井下控制可同步進行或先后進行。
[0012]本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點:1、井上、井下協(xié)同控制遠場與近場堅硬頂板，使得特大采場空間的強礦壓問題得到了有效的控制；2、充分發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢，利用多種方法互相彌補劣勢，使得堅硬頂板弱化效果得到顯著的提高；3、井上、井下所開各孔洞，即可獨立使用，也可共用，大大縮減了開孔所需的時間、人力、物力、財力。
【附圖說明】
[0013]圖1為特大采場空間遠場井上垂直孔水力壓裂堅硬頂板控制方法和特大采場空間遠場井上L型孔水力壓裂堅硬頂板控制方法施工示意圖。
[0014]圖2為爆破孔和水力壓裂孔結構示意圖；
圖中:1-L型水力壓裂孔，2-垂直水力壓裂孔，3-射孔割縫，4-地面，5-遠場堅硬頂板，6-近