[發(fā)明專利]一種地面鉆井卸壓的多煤層沖擊礦壓防治方法

有效

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• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113700483B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 李竹;朱衛(wèi)兵;于斌;高瑞;劉錦榮;王少卿;蘇銘;張宏;姜澤;樊建宇
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21B7/04;E21C37/12;E21D9/00
• 代理公司: 北京智宇正信知識產權代理事務所(普通合伙) 11876
• 代理人: 李明卓

本發(fā)明涉及一種地面鉆井卸壓的多煤層沖擊礦壓防治方法，首先通過施工地面掏煤定向鉆孔進行最上部煤層的掏煤卸壓，防止積聚彈性能，為巷道的掘進、工作面的回采皆形成有效的卸壓。進一步的，通過地面水力壓裂將整個覆巖內的厚硬巖層進行水平分層壓裂，解決巖層誘導的沖擊地壓問題，同時切頂工作可以將運輸巷道兩側的頂板巖層切斷，即將要回采工作面與未回采的區(qū)域割離開，防止未回采的區(qū)域的上覆巖層力作用于要回采工作面。此外，通過人工施工水平致裂增漲層有效的增加碎漲量，增加對上覆巖層的支撐，減小上覆地層的下沉。而上部煤層的開采對下一煤層產生了開采保護層的卸壓作用，為下一煤層的掘進、回采提供了基礎。

技術領域

本發(fā)明涉及煤礦沖擊礦壓領域，具體為一種地面鉆井卸壓的多煤層沖擊礦壓防治方法。

背景技術

沖擊地壓是指煤礦井巷或工作面周圍煤巖體由于彈性變形能的瞬時釋放而產生的突然、劇烈破壞的動力現象，常伴有煤巖體瞬間位移、拋出、巨響及氣浪等，易造成煤礦人員傷害。一般而言，覆巖內存在厚硬巖層是產生沖擊礦壓的重要因素，由于厚硬巖層的存在，其難于斷裂導致斷裂間距大，使得其斷裂時一次壓力釋放大，造成巨大沖擊。對此現有技術多是通過單一的切頂卸壓或者地面水力壓裂手段治理，且具體的切頂方式與水力致裂方案多種多樣；切頂卸壓一般在工作面兩巷進行施工，因此切頂高度有限，在更高處若存在厚硬巖層這種方法效果并不理想；水力壓裂一般受施工層位以及壓裂成橫向、縱向裂縫不同效果差別較大，若卸壓不理想后續(xù)采煤時難以找到快速的補救卸壓方法，導致采煤中斷。

發(fā)明內容

針對上述現有技術中存在的不足，本發(fā)明提供了一種地面鉆井卸壓的多煤層沖擊礦壓防治方法，包括如下步驟：

S1，自地面施工掏煤定向鉆孔，掏煤鉆孔垂直段施工于上山煤柱上方，多個掏煤鉆孔水平段施工于最上部的煤層內，且平行于工作面推進方向沿傾向間隔分布；

優(yōu)選的，所述掏煤定向鉆孔為一孔多底鉆孔，即掏煤定向鉆孔包括一個掏煤鉆孔垂直段和多個間隔分布的掏煤鉆孔水平段，掏煤鉆孔水平段的長度略大于工作面推進長度。

優(yōu)選的，運輸巷道內施工有掏煤鉆孔水平段。

S2，通過掏煤定向鉆孔進行最上部煤層的掏煤卸壓工作，依次采取機械擴孔掏煤、水力擴孔掏煤、空氣動力返排掏煤；

優(yōu)選的，機械擴孔掏煤為通過不同尺寸的機械擴孔鉆頭逐級擴大洞穴體積；水力擴孔掏煤為使用水力射流工具，進行掏煤施工，擴大洞穴體積；空氣動力返排掏煤為采用氣舉方式將鉆孔內的水、煤屑返排至地面。

S3，基于地層巖性與厚度確定自最下部煤層以上的覆巖內所有厚硬巖層位置；

優(yōu)選的，所述厚硬巖層包括關鍵層以及其他明顯的厚度較大巖性較強的巖層；對于關鍵層，在彎曲下沉帶內，其為工作面回采后離層產生處上方的厚硬巖層，在導水裂隙帶內，包括基本頂等厚硬巖層；

關鍵層可以基于地層鉆孔柱狀及各巖層力學參數，通過數值模擬、理論計算手段確定，所述離層位置可以是單個工作面回采后離層產生位置也可以是多個工作面回采后離層產生位置；其他明顯的厚硬巖層為除關鍵層以外的其他厚度較大巖性較強的巖層，本領域技術人員可以基于經驗進行判斷。

S4，自地面施工水力壓裂定向鉆孔，定向鉆孔垂直段施工于上山煤柱上方，定向鉆孔水平段施工于厚硬巖層內，且平行于工作面推進方向；

優(yōu)選的，所述水力壓裂定向鉆孔為一孔多底鉆孔，即水力壓裂定向鉆孔包括一個垂直段和不同層位所對應的多個水平段；水平段的長度略大于工作面推進長度。

S5，通過水力壓裂定向鉆孔進行水力壓裂，在厚硬巖層內形成水平裂縫，將厚硬巖層分成多層薄巖層；

優(yōu)選的，所述水力壓裂定向鉆孔和掏煤定向鉆孔可以共用垂直段，首先進行厚硬巖層的水力壓裂分層工作，然后在進行最上部煤層的掏煤卸壓工作。