[發明專利]一種厚層堅硬頂板改性卸壓源頭治理沖擊地壓的方法

在審

• 申請號: 201811518097.X
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109736805A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 徐剛;夏永學;潘俊鋒;尹希文;杜濤濤;王元杰
• 申請（專利權）人: 天地科技股份有限公司
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18
• 代理公司: 北京中強智尚知識產權代理有限公司 11448
• 代理人: 黃耀威

本發明提供了一種厚層堅硬頂板改性卸壓源頭治理沖擊地壓的方法，其步驟包括確定目標巖層，確定壓裂范圍，確定水平井位置，鉆井，高壓水力定向致裂及巷道布局優化等過程。本發明提供的一種厚層堅硬頂板改性卸壓源頭治理沖擊地壓的方法，能夠顯著降低煤層開采期間的應力集中程度，使煤體應力始終處于沖擊地壓發生的臨界應力之下，從根本上消除大面積頂板突然斷裂造成的嚴重沖擊地壓隱患。

技術領域

本發明涉及煤礦安全開采技術領域，特別涉及一種厚層堅硬頂板改性卸壓源頭治理沖擊地壓的方法。

背景技術

據統計，2006年-2018年，我國80％以上的沖擊地壓事故都發生在具有厚層堅硬頂板的煤層巷道內。尤其在我國西北的神東、陜北和黃隴基地，煤層上方60m以上大都存在50-100m的厚層堅硬頂板。該地區為我國重要的煤炭生產與儲備戰略基地，目前探明儲量近4452億t，約占全國已探明儲量的31％；到2020年，預計三大基地產量共計13.2億噸，占全國煤炭產量的33.8％。無論資源儲量還是開采強度都是全國最大的地區。由于存在厚層堅硬頂板，開采過程中懸頂面積大，造成局部應力集中，其突然斷裂更是瞬間釋放強烈動載，極易造成群死群傷的惡性沖擊地壓事故，甚至波及地表，引起地表強烈震動，危害極大。但是，由于堅硬頂板距離煤層遠、厚度大，處理難度極大，投入成本高，目前采用的卸壓措施，如頂板爆破和水力壓裂，施工場所都是位于煤礦井下的巷道及硐室內，只能對小范圍內的低位頂板巖層進行局部預裂，對于高位厚層堅硬頂板，上述方法還難以實現大范圍處理，這是造成沖擊地壓事故頻繁發生的重要原因之一。因此，如何改變厚層堅硬頂板的物理力學性質，降低其強度和完整性，從根本上消除開采過程中厚層堅硬頂板突然斷裂誘發嚴重沖擊地壓災害的威脅，是該條件下沖擊地壓治理的戰略性措施，也是當前煤礦安全生產亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種厚層堅硬頂板改性卸壓源頭治理沖擊地壓的方法，以有效降低煤層開采期間的懸頂面積和來壓強度，從根本上消除下方煤層開采期間面臨的嚴重沖擊地壓隱患。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種厚層堅硬頂板改性卸壓源頭治理沖擊地壓的方法，包括如下步驟：

確定目標巖層：根據礦井地質資料計算煤層開采的冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶三帶的高度，對照典型鉆孔柱狀圖在裂隙帶高度范圍內確定需要進行改性卸壓的目標巖層；

確定壓裂范圍：根據本礦井或鄰近礦井沖擊地壓發生歷史、礦井地質條件、當前開采情況及近期規劃確定存在沖擊地壓隱患的區域，將所述區域上方的目標巖層作為改性卸壓的范圍；

確定水平井位置：根據所述沖擊地壓隱患區域確定水平井位置，使水平井的平面投影位于沖擊地壓隱患區域內，使水平井的垂直投影位于所述目標巖層的中部，并使水平井的延伸方向與最小水平主應力方向保持一致；

鉆井：先鉆立井至所述目標巖層底部，然后向上抬升鉆頭至需要施工造斜井的起點位置開始鉆造斜井至所述目標巖層中部，再在造斜井的終止點沿最小水平主應力方向鉆水平井至目標長度，最后固井完成鉆井工序；

高壓水力定向致裂：將射孔與壓裂設備送至水平井井底，引爆射流器，在水平井井壁上形成垂直于井壁的裂縫，然后坐封，由地面高壓泵車向裂縫內注入壓裂液，使裂縫向巖層內部擴展，然后關閉高壓泵，完成第一次壓裂，最后解封，移動壓裂管路至其他待壓裂位置，重復坐封與壓裂至完成一個水平井的壓裂施工，再重復高壓水力定向致裂工序完成其他水平井的壓裂施工，使目標巖層內形成相互貫通的網狀裂隙；

巷道布局優化：根據水平井的位置布置巷道，使沖擊隱患區的巷道布置在靠近水平井正下方的區域，且使巷道走向盡可能與水平井方向平行。

進一步地，所述目標巖層為一層或多層，所有位于所述裂隙帶高度范圍的、單層厚度大于30m且單軸抗壓強度大于60MPa的巖層均為目標巖層。

進一步地，所述的用于計算煤層開采的冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶三帶高度的礦井地質資料可以是現場探測值或理論計算值。