[發(fā)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210018085.0
• 申請(qǐng)日: 2022-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN114320292A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱志潔;范超軍;榮海;韓軍;宋衛(wèi)華;霍丙杰;陳鎣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21C37/12
• 分類號(hào): E21C37/12;E21C37/00;E21F17/18
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李梁

本發(fā)明提供一種基于溶液改性作用的煤層沖擊地壓防治方法，涉及礦山安全生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過在運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽兩側(cè)施工鉆孔，采用多點(diǎn)定向水力壓裂，形成多個(gè)裂隙面，改善了煤體的裂隙發(fā)育程度，為煤體注入改性溶液創(chuàng)造裂隙條件。同時(shí)，水力壓裂后，注入改性溶液，改性溶液與煤體的礦物晶體、礦物顆粒之間的膠結(jié)物產(chǎn)生物理化學(xué)作用，使其內(nèi)部形成若干微小缺陷，煤的彈性和儲(chǔ)存能量的能力整體降低，煤體受力狀態(tài)整體改善，從而降低的沖擊地壓的危險(xiǎn)。本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單、可行性強(qiáng)，對(duì)堅(jiān)硬煤層沖擊地壓、煤與瓦斯突出等礦井動(dòng)力災(zāi)害的防治具有很好的借鑒作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及礦山安全生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于溶液改性作用的煤層沖擊地壓防治方法。

背景技術(shù)

煤礦沖擊地壓是指井下巷道、工作面等處的煤巖體突然破壞而產(chǎn)生的一種劇烈動(dòng)力災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2019年6月我國正在生產(chǎn)的沖擊地壓礦井的數(shù)目為121座、產(chǎn)能約4億t/a,在煤炭供應(yīng)保障中發(fā)揮著重要作用。因此，如何有效防治沖擊地壓是煤礦安全生產(chǎn)中亟待解決的關(guān)鍵難題。實(shí)際開采的煤巖體能否發(fā)生沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害，不僅與開采過程中煤巖體的應(yīng)力條件直接相關(guān)，同時(shí)取決于煤巖體自身是否具有一定的沖擊傾向性。關(guān)于沖擊地壓卸壓防治措施，可從兩個(gè)方面入手，一是通過改變煤巖體結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性能，減小煤層沖擊傾向性；二是降低靜載應(yīng)力集中程度，使高應(yīng)力區(qū)域向煤壁深部轉(zhuǎn)移。煤層注水技術(shù)是沖擊地壓防治的一種有效手段。注水一般是在已掘好的回采巷道或臨近的巷道內(nèi)進(jìn)行，目的是通過水的物理化學(xué)作用、水對(duì)煤巖體內(nèi)的某些礦物有溶解作用，改變煤的物理力學(xué)性質(zhì)，削弱煤層的強(qiáng)度、沖擊傾向性和儲(chǔ)存能量的能力，從而降低了沖擊地壓發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)踐表明煤層注水在某些煤礦可以降低沖擊傾向性，而在某些礦井注水效果并不明顯，注水效果達(dá)不到防治沖擊地壓的要求。煤體注水后沖擊傾向性是否改善，與煤的微觀結(jié)構(gòu)和礦物成分密切相關(guān)。對(duì)于煤質(zhì)較硬、裂隙不發(fā)育、注水困難的煤層，單獨(dú)依靠注水很難達(dá)到降低沖擊傾向性和沖擊地壓危險(xiǎn)的程度很有限目的，往往還要配合其他沖擊地壓防治措施措施。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于溶液改性作用的煤層沖擊地壓防治方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于溶液改性作用的煤層沖擊地壓防治方法，包括以下步驟：

步驟1：工作面的運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽在進(jìn)行掘進(jìn)的過程中，在掘進(jìn)工作面后方巷道兩側(cè)設(shè)置若干個(gè)水力壓裂鉆孔，并進(jìn)行多點(diǎn)定向水力壓裂，形成多個(gè)裂隙面；

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

其中，運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽在工作面內(nèi)側(cè)的鉆孔長度為L/2-5m，L為工作面長度；回風(fēng)順槽在緊鄰采空區(qū)的煤柱一側(cè)的鉆孔長度為S-5m，S為煤柱寬度；運(yùn)輸順槽在未開采的實(shí)體煤一側(cè)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(jìn)至孔底，利用手動(dòng)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(shè)備移至下一個(gè)壓裂段，重復(fù)步驟1.2，依次完成整個(gè)鉆孔的所有致裂點(diǎn)的水力壓裂，沿鉆孔方向產(chǎn)生了若干個(gè)徑向裂隙面；其中相鄰致裂點(diǎn)的間距為3-5m；

所述改性溶液包括酸溶液、堿溶液和有機(jī)溶液；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(jī)溶液選擇十二烷基硫酸鈉溶液；其中高濃度改性溶液的質(zhì)量濃度為2％-5％，低濃度改性溶液的質(zhì)量濃度為0.5％-2％。

步驟2：在工作面的運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽設(shè)置應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)站，對(duì)采動(dòng)應(yīng)力和煤柱應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，根據(jù)煤體的單軸抗壓強(qiáng)度，確定沖擊地壓預(yù)警應(yīng)力值；