具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。本发明某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本发明的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本发明满足适用的法律要求。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实施例的一种煤矿冲击地压防治水力裂切断顶卸压方法，请参考图1至图4所示。

一种煤矿冲击地压防治水力裂切断顶卸压方法，包括如下步骤：

步骤1、确定目标断顶岩层位置及断顶厚度

工作面开采后，采空区岩层开始冒落，在煤层上方逐步形成冒落带、裂隙带及弯曲下沉带。

在施工区域附近向煤层顶板上方上覆岩层施工探测孔，统计探测孔中的坚硬厚岩层的层位分布和厚度，将煤层顶板上方裂隙带范围内的坚硬厚岩层作为目标断顶岩层，将目标断顶岩层对应的厚度作为断顶厚度。

其中，所述坚硬厚岩层为单层厚度大于10m、单轴抗压强度大于60MPa的岩层。

步骤2、确定水力裂切孔施工参数

裂切孔孔径为70至110mm；

裂切孔深度L采用如下公式确定：

L＝KH/sinθ；

式中：

L为裂切孔深度；K为富余系数，取值范围为1.1至1.3；H为目标断顶岩层距离裂切孔施工位置的最大距离；θ为裂切孔角度，θ取值范围为60°至80°；

裂切孔间距a采用如下公式确定：

式中：

a为裂切孔间距；q(t)为水力裂切过程中随时间产生的膨胀压力；σ_c为目标断顶岩层的单轴抗压强度，MP_a。

此外，在沿空侧巷道交替布置倾向水力裂切孔组和走向水力裂切孔组，走向水力裂切孔组位于两组倾向水力裂切孔组之间，倾向水力裂切孔组的间距范围为15至20m，走向水力裂切孔组的间距范围为15至20m；

每一组倾向水力裂切孔组包括3个裂切孔(图3中用a、b、c标注)和2个导向孔(图3中用d、e标注)，3个裂切孔、2个导向孔沿着倾向布置，3个裂切孔、2个导向孔沿着生产帮朝向目标断顶岩层呈扇形布置，3个裂切孔依次远离生产帮，裂切孔、导向孔交替布置，导向孔位于相邻裂切孔之间；

每一组走向水力裂切孔组包括3个裂切孔(图4中用a、b、c标注)，3个裂切孔沿着走向布置，3个裂切孔向生产帮侧和采空区侧倾斜布置，相邻的裂切孔的孔间距为0.3至0.5m。

如此布置倾向水力裂切孔组，在步骤4中水力裂切目标断顶岩层时，使目标断顶岩层沿着倾向水力裂切孔组的位置切断，其中，导向孔中不装入胀裂器，裂切孔内装入胀裂器，胀裂器受压膨胀以在目标断顶岩层胀裂裂切孔位置产生裂隙，导向孔用于连通相邻裂切孔位置的裂隙。

如此布置走向水力裂切孔组，在步骤4中水力裂切目标断顶岩层时，可以有效降低区段煤柱侧顶板压力。

步骤3、水力裂切施工布置

按照步骤2的水力裂切孔施工参数，采用具有定位导向功能的钻机进行裂切孔施工至目标断顶岩层层位，确保裂切孔的偏斜误差不大于10％。其中，所述裂切孔施工超前工作面以外不小于200m。

裂切孔施工完成后，将多个胀裂器依次连接呈链状结构，最下端的胀裂器经增压器连接位于裂切孔外的高压水泵，将成链状结构的多个胀裂器推送至裂切孔内且于目标断顶岩层的断顶厚度范围内。

相邻的胀裂器之间设置有单向截止阀和泄压阀。设置单向截止阀，以防止胀裂器内高压水导流。设置泄压阀，以避免胀裂器因高压水瞬时压力过大而破裂。

胀裂器的长度设置为1至1.5m，胀裂器的表面设置保护壳，以避免胀裂器在在裂切孔内移动时磨损。

步骤4、水力裂切目标断顶岩层

启动高压水泵，调节增压器设定高压水压力，高压水泵向裂切孔内胀裂器注入高压水施工，胀裂器受压膨胀，对目标断顶岩层施加裂切压力，切断目标断顶岩层，降压后将胀裂器从裂切孔内退出；

其中，高压水泵向裂切孔内胀裂器注入高压水施工超前工作面以外不小于150m。

按照逐渐远离生产帮的方向，每个裂切孔从裂切孔底端至顶端的方向，逐一向所在裂切孔胀裂器注入高压水。

高压水泵向裂切孔内胀裂器注入高压水施工，高压水的压力不大于70MP_a，高压水注入时间不大于10min。

通过如上水力裂切目标断顶岩层施工，结合步骤2中布置的倾向水力裂切孔组，工作面倾向方向上已达到缩短周期来压步距的目的，裂切孔布置倾斜向工作面生产帮侧，通过水力裂切产生的定向破坏，致使目标断顶岩层的岩层受力后自然垮落，并牵连挤压下部岩层运动，充分利用矿山压力显现规律，待覆岩顶板进入采空区后，目标断顶岩层内的岩层自然垮落，顺带压断其下位冒落带内直接顶岩层，以实现整体自行垮冒，目标断顶岩层与下部冒落带的岩层一起整体垮落，能够充填满采空区，形成更加密实的结构来封闭采空区，降低工作面超前及侧向应力影响范围，减少覆岩动压影响，且实现切顶和卸压的双重功能。结合步骤2中布置的走向水力裂切孔组，可以有效降低区段煤柱侧顶板压力。

步骤5、裂切效果检测

在裂切孔周围施工若干个检测孔，由高压水泵经管路连接裂切孔并封堵裂切孔，由高压水泵向裂切孔内注入高压水，由检测孔的出水情况判断裂切效果，根据裂切效果，是否增减后续的裂切孔。

具体的，检测孔经管路连接流速计并封堵检测孔，由流速计记录出水流速及流量，由检测孔流出水流的流速和流量以判断裂切效果。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明一种煤矿冲击地压防治水力裂切断顶卸压方法有了清楚的认识。本发明的煤矿冲击地压防治水力裂切断顶卸压方法，应用于冲击地压矿井，断顶卸压安全、高效，施工操作便捷，胀裂器等可以反复使用，成本大幅降低；实现顶板目标所需断顶岩层精准预裂并在覆岩运动矿山压力作用下充分连通冒落降低动载破坏作用，规避炸药爆破切顶的安全缺陷、施工弊端，在煤矿预防冲击地压防治工程实际中具有极高的应用、推广价值。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。