[發明專利]煤礦地面垂直井壓裂堅硬頂板位置確定方法

有效

• 申請號: 201910067874.1
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109779634B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 高瑞;于斌;匡鐵軍;孟祥斌
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02;E21C41/18
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

本發明涉及采用地面垂直井對堅硬頂板進行壓裂時的壓裂位置選取方法，具體為煤礦地面垂直井壓裂堅硬頂板位置確定方法，解決目前缺乏地面壓裂井位置的合理選取方法。主要根據煤層開采情況進行選取，當煤層未開采時，根據壓裂需求進行選取；當煤層已經開采，則建立數值模擬模型分析壓裂層位內三向應力分布規律，結合觀測鉆孔對壓裂層位內裂隙發育進行探測，綜合確定地面壓裂位置。本方法可靠性高，研究手段多樣，靈活性強，選取流程簡單，應用前景廣闊。

技術領域

本發明屬于堅硬頂板礦區煤層開采條件下，采用垂直井地面壓裂的方法對煤層上覆堅硬頂板進行壓裂時壓裂位置的選取方法，具體是一種煤礦地面垂直井壓裂堅硬頂板位置確定方法。

背景技術

煤層地下開采，巖層控制是核心，尤其對于堅硬頂板，因其強度大，破斷步距廣，堅硬頂板大面積破斷易造成采場強礦壓顯現，甚至帶來暴風災害，是頂板控制的一大難點。目前對于堅硬頂板的控制，常在井下采用水力壓裂或爆破等控制技術手段，但受井下施工環境及鉆孔長度等施工條件的制約，一般僅是在工作面兩側巷道內對頂板實施弱化，弱化范圍局限于煤層上方50m，控制效果有限。為此，針對目前控制技術的局限性，可以創新采用地面壓裂的方法，即通過地面壓裂裝備，自地表向下打壓裂鉆孔對頂板實施壓裂。根據壓裂井的布置方法，地面壓裂堅硬頂板可以采用垂直井、水平井壓裂兩種方式，其中采用垂直井壓裂成本相對較低，工藝流程相對簡單，操作方便。地面壓裂堅硬頂板時，受煤層采動影響，壓裂巖層所處三向應力場為一個動態應力場，因此對壓裂裂縫的擴展效果和形態有直接影響；同時，若覆巖裂隙發育至壓裂巖層，水壓裂縫與裂隙溝通將會對裂縫擴展造成直接影響，甚至造成壓裂液的嚴重漏失，無法繼續實施地面壓裂。因此，煤礦地面壓裂堅硬頂板，其位置選取十分關鍵，但目前尚無地面壓裂位置選取的合理方法。

發明內容

本發明為了解決堅硬頂板礦區煤層開采時，地面垂直井壓裂堅硬頂板壓裂位置選取的問題，提供一種煤礦地面垂直井壓裂堅硬頂板位置確定方法。

本發明采取以下技術方案：一種煤礦地面垂直井壓裂堅硬頂板位置確定方法，包括以下步驟，

a.若煤層未開采，則地面垂直井壓裂位置根據壓裂需求在工作面煤層對應地表范圍內選取，地面垂直井壓裂位置與工作面推進方向中軸線保持一定的垂直距離L；若工作面已開采一定距離，根據煤層及覆巖物理力學參數，采用FLAC^3D模擬軟件建立數值模擬模型，在FLAC^3D模擬模型中煤層模擬開挖與實際開挖同樣的距離。

b.記錄FLAC^3D模擬模型中地面壓裂層位中最大主應力和最小主應力不受采動影響，即大小方向均未發生變化的區域距工作面的水平距離S₁。

c. 現場自工作面開采位置起，沿工作面開采方向自地表垂直向下每隔距離D打觀測鉆孔至壓裂層位底界面，觀測壓裂層位內采動裂隙發育特征，記壓裂巖層內部無采動裂隙發育的位置距工作面的水平距離為S₂。

d. 選取S=Max（S₁，S₂）作為地面垂直井壓裂位置與工作面在水平方向的最小安全距離，地面垂直井壓裂位置在此最小安全距離至工作面停采線范圍內選取，同樣，地面垂直井壓裂位置與工作面推進方向中軸線保持一定的垂直距離L

所述的步驟a中，垂直距離L與工作面長度的比值在0~0.2范圍內。

所述的步驟c中，距離D在20~30m范圍之內。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1）綜合采用模擬研究和現場實測相結合的方法對壓裂位置選取進行確定，可靠性高。