本发明涉及煤矿井工开采安全，尤其涉及一种坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面地面压裂控制方法。
背景技术：
1、煤矿坚硬顶板破断引发强矿震致灾是煤炭开采进入深部常见的动力灾害之一，并随着矿井深度增加而越发严重。孤岛工作面是开采设计以及工作面接替不合理而造成的三采空的工作面，由于特厚煤层孤岛工作面的煤炭遗留量大，基于国民经济的需求以及国家相关法律的规定，特厚煤层孤岛工作面煤炭开采成为煤矿企业面临的巨大难题。煤层赋存坚硬顶板的孤岛工作面坚硬顶板破断时会伴随剧烈的冲击和震动，造成煤矿采场和巷道设备破坏，造成设备费用的损失以及增加巷道维护费用，强矿压和矿震严重时甚至造成人员伤亡。地面压裂控制顶板破断，提前释放顶板积聚的能量是控制强矿压和矿震的有效手段之一。
2、目前，地面压裂成为坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面矿震和强矿压的防治手段之一。然而，对于是否需要进行地面压裂以及地面压裂的压裂位置判别缺乏相应的方法，多采取经验判断或者以一个固定的距离对坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面进行压裂，压裂效果差，也未能准确判断压裂位置，虽然压裂后取得了一定的效果，但同时也造成了大量的经济损失。
3、因此，提出一种坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面地面压裂控制方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面地面压裂控制方法，解决相关技术中坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面坚硬顶破断引发强矿压和矿震的风险、提供是否需要进行地面压裂坚硬顶板控制以及需要进行地面压裂时如何确定坚硬顶板压裂位置的技术问题。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面地面压裂控制方法，包括以下步骤：
4、s1、测量力学参数，识别压裂目标层，确定压裂目标层厚度h；
5、s1中，收集矿井初始勘察设计资料，根据地质钻孔柱状图的岩性，厚度参数判别能量积聚的目标层；
6、对孤岛工作面上覆岩层中岩石硬度分级标准中等级大于等于ⅳ级的岩层取芯测量其弹性模量ei、泊松比μi、抗拉强度σni，根据测量参数筛选满足条件的目标层厚度；
7、目标层的厚度h计算公式为：
8、
9、上式由matlab进行循环，式中，m为强度因子，其值从0开始增加，间隔为0.01，当m≥5或h>10时，停止计算；
10、s2、计算坚硬顶板目标层破断释放的能量u；
11、坚硬顶板破断释放的能量u的计算公式为：
12、
13、式中，l为坚硬顶板初次破断的悬露长度，q为坚硬顶板上覆载荷，e为坚硬顶板弹性模量，d为坚硬顶板抗弯刚度，h为坚硬顶板的厚度，α，β为坚硬顶板下覆弹性地基因子；
14、其中：c＝κga，
15、k为坚硬顶板下覆弹性地基刚度，c为坚硬顶板剪切刚度，b为坚硬顶板单位宽度，g为目标层的剪切模量；a为目标层的断面面积，κ为目标层截面因子；
16、s3、计算支架冲击阻力fzj；
17、坚硬顶板破断导致的冲击力会作用到液压支架，支架冲击阻力fzj的计算公式为：
18、
19、式中，lzj为工作面液压支架控顶距；γzjd为煤岩直接顶平均容重；dzjd为煤岩直接顶厚度；g为重力加速度；β为覆岩破断角；bzj为支架中心距；s动载传递效率，取值为1/20，kzjd为煤岩直接顶刚度，pd为厚硬顶板承受载荷，l1为目标层悬臂长度；
20、s4、计算坚硬顶板初次破断时的距离悬顶距离重点的距离l0，l0的计算公式为：
21、
22、s5、计算坚硬顶板的周期破断步距lp，坚硬顶板初次破断后，随着工作面推进会形成周期破断，周期破断步距lp的计算公式为：
23、
24、式中，l1坚硬顶板周期悬露长度；
25、s6、判断是否进行压裂，判断进行压裂的条件为u≥1×107j或者fzj≥25000kn，若不满足压裂条件，则步骤到此结束，判定顶板不需要压裂；若条件满足，进入s7；
26、s7、确定地面压裂位置，计算坚硬顶板的能量密度分布；
27、s8、从工作面中部打钻孔，对能量积聚最高的位置进行地面压裂，释放积聚的能量。
28、上述的方法，可选的，s6中，判断是否进行压裂，首先取l的长度为5m，10m，15m…代入步骤s2和步骤s3，如果l≤l0时满足条件u≥1×107j或者fzj≥25000kn，则将l作为压裂步距，进行步骤s7；否则将l0，lp带入步骤s2和步骤s3中，确定坚硬顶板破断释放的能量u、以及支架的冲击阻力fzj，若不满足压裂条件，则步骤到此结束，判定顶板不需要压裂；若条件满足，进行步骤s7。
29、上述的方法，可选的，s7中，确定地面压裂位置，计算坚硬顶板的能量密度分布，其计算公式为：
30、
31、根据s6中确定的压裂步距代入上式，根据能量积聚最大的位置以及压裂步距确定的步距大小进行比较，取较小者作为压裂位置。
32、上述的方法，可选的，s8中，沿着工作面中部布置水平井，根据s7中确定的压裂位置依次进行压裂。
33、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面地面压裂控制方法，具有以下有益效果：本发明提供的坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面地面压裂控制方法，通过测量孤岛工作面上方赋存的不同层位不同厚度的坚硬顶板确定目标层厚度，计算坚硬顶板破断释放的能量，能量释放后传递到工作面液压支架上的冲击载荷，计算坚硬顶板破断的初次破断步距、周期破断步距；将破断步距代入能量公式和液压支架冲击阻力公式，判断是否需要进行地面压裂，若需要地面压裂，则计算其弹性能密度，根据弹性能密度积聚最大的位置为压裂位置对坚硬顶板进行压裂。
1.一种坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面地面压裂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面地面压裂控制方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面地面压裂控制方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种坚硬顶板特厚煤层孤岛工作面地面压裂控制方法，其特征在于，
