[發明專利]一種基于溶液改性作用的煤層沖擊地壓防治方法

在審

• 申請號: 202210018085.0
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114320292A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 朱志潔;范超軍;榮海;韓軍;宋衛華;霍丙杰;陳鎣
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: E21C37/12
• 分類號: E21C37/12;E21C37/00;E21F17/18
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李梁

1.一種基于溶液改性作用的煤層沖擊地壓防治方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：工作面的運輸順槽和回風順槽在進行掘進的過程中，在掘進工作面后方巷道兩側設置若干個水力壓裂鉆孔，并進行多點定向水力壓裂，形成多個裂隙面；

步驟2：在工作面的運輸順槽和回風順槽設置應力在線監測站，對采動應力和煤柱應力進行實時在線監測，根據煤體的單軸抗壓強度，確定沖擊地壓預警應力值；

步驟3：水力壓裂結束后，利用該鉆孔向煤層注入高壓低濃度改性溶液，改性溶液與煤體的礦物晶體、膠結物產生物理化學作用，使煤層內部形成若干缺陷，煤的彈性和儲存能量的能力降低，煤體受力狀態整體改善；

在水力壓裂孔中送入高壓注水管，采用高分子材料對鉆孔進行封孔，封孔長度為5-10m；將膠管與鉆孔的供水管路連接起來，注入低濃度改性溶液；注液壓力為8-10MPa，首次注液時間為24-72小時；

步驟4：在回采巷道掘進和工作面回采過程中，對各個位置的應力進行實時監測；當監測得到的垂直應力高于0.8倍應力預警值時，在注液水孔內注入低濃度改性溶液，直至應力值為低于該0.8倍的預警值時，停止注液；當監測得到的垂直應力高于應力預警值時，在注液水孔內注入高濃度改性溶液，直至應力值為低于0.8倍的預警值時，停止注液。

2.根據權利要求1所述的一種基于溶液改性作用的煤層沖擊地壓防治方法，其特征在于，所述步驟1具體包括以下步驟：

步驟1.1：在掘進工作面后方的回采巷道兩側沿垂直煤壁方向，利用鉆機，向煤體深部施工鉆孔，鉆孔直徑設定為45-90mm，鉆孔間距設定為15-30m；

其中，運輸順槽和回風順槽在工作面內側的鉆孔長度為L/2-5m，L為工作面長度；回風順槽在緊鄰采空區的煤柱一側的鉆孔長度為S-5m，S為煤柱寬度；運輸順槽在未開采的實體煤一側的鉆孔長度為10-20m；

步驟1.2：退出鉆頭，將垮式鉆孔封隔器和注水管推進至孔底，利用手動泵為封隔器加壓使膠筒膨脹封孔，將高壓泵與注水管連接，開啟高壓泵直至壓裂完成；

步驟1.3：將水力壓裂設備移至下一個壓裂段，重復步驟1.2，依次完成整個鉆孔的所有致裂點的水力壓裂，沿鉆孔方向產生了若干個徑向裂隙面；其中相鄰致裂點的間距為3-5m。

3.根據權利要求1所述的一種基于溶液改性作用的煤層沖擊地壓防治方法，其特征在于，所述步驟2具體包括以下步驟：

步驟2.1：在工作面的運輸順槽和回風順槽，每隔30-50m設置一個應力在線監測站，每個應力監測站包含若干個應力監測點，對不同深度的圍巖應力進行實時在線監測；應力監測點從巷道表面7.5m開始，每隔5m設置一個；運輸順槽和回風順槽工作面內側監測深度為20-50m，在煤柱一側的監測深度為煤柱寬度，在實體煤一側的監測深部為10-20m；

步驟2.2：監測站布置完成后，對工作面內和煤柱應力的應力進行實時在線監測；

步驟2.3：計算沖擊地壓的應力預警值，并對沖擊危險等級進行評估；

根據煤體的單軸抗壓強度，計算沖擊地壓的應力預警值σ_v，即：

σ_v＝2λR_c (1)

式中，σ_v為沖擊地壓的應力預警值，R_c為煤體的單軸抗壓強度，λ為沖擊傾向系數，根據監測得到的垂直應力大小，對沖擊危險等級進行評估。

4.根據權利要求1所述的一種基于溶液改性作用的煤層沖擊地壓防治方法，其特征在于，所述改性溶液包括酸溶液、堿溶液和有機溶液；其中酸溶液選擇硫酸、鹽酸、氫氟酸、硝酸、草酸、檸檬酸、酒石酸溶液中的一種，堿溶液選擇氫氧化鈉、碳酸鈉、硫化鈉溶液中的一種，有機溶液選擇十二烷基硫酸鈉溶液；其中高濃度改性溶液的質量濃度為2％-5％，低濃度改性溶液的質量濃度為0.5％-2％。