一种煤矿坚硬顶板地井联合预裂弱化方法与流程

本发明涉及一种煤矿坚硬顶板地井联合预裂弱化方法。

背景技术：

1、煤炭开采过程中，煤层上方的高位厚层顶板容易形成大面积悬顶结构，悬而不垮的顶板将引起采场的应力集中，其突然断裂时亦会对采场产生强烈的动载扰动，极易诱发顶板大面积来压灾害。目前井下处理顶板的有效范围在煤层上方垂高40~50m以内，无法消除高位厚层顶板诱发采场顶板大面积来压的威胁。

2、现有技术的客观缺点：

3、（1）井下深孔爆破的钻孔深度有较大局限，深度通常不超过80m，否则普通钻孔施工的精度就无法保证设计要求。钻孔仰角过大后，炸药药卷安装困难，装填施工的危险性和炸药残爆、拒爆的可能性都在大幅增加。因此该项技术存在处置高度的限制，若目标岩层厚度大，层位高则无法达到技术目标。

4、（2）水力压裂目前主要有常规水力压裂和超长定向钻孔水力压裂，常规水力压裂施工也存在处置高度限制，且由于小型压裂泵功率小，其水压一般不超过30mpa，对坚硬顶板的处置效果有效；超长定向钻孔水力压裂的处置费用太高，成本难以控制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种煤矿坚硬顶板地井联合预裂弱化方法，通过地面和巷道双向钻孔，以地面爆破与井下水力压裂结合，减小岩层下方回采工作面的围岩应力分布，消除工作面回采期间的顶板大面积来压风险。

2、为了实现上述目的，本发明的方案是：

3、一种煤矿坚硬顶板地井联合预裂弱化方法，包括在煤矿工作面区域确定需要进行改性卸压的目标岩层或岩层群，其中，在目标岩层或岩层群之下煤矿工作面两侧平行设置的运输巷道和回风巷道内根据布孔参数布局向上的卸压孔，并进行钻孔实施定向压裂，在地面应对运输巷道和回风巷道之间的目标岩层或岩层群布局爆破钻孔，并进行钻孔爆破。

4、方案进一步是：所述目标岩层或岩层群的确定是根据矿井地质资料，采用煤层开采断层理论分析方法确定的。

5、方案进一步是：所述布孔参数是根据目标岩层或岩层群的层位、厚度、地应力确定的；布孔参数中，目标岩层的层位为岩层赋存高度，压裂范围为目标岩层或岩层群的全部厚度，布孔的角度依据最大水平主应力方向确定。

6、方案进一步是：所述实施定向压裂，是钻孔穿透目标岩层或岩层群后，将压裂设备送达孔底，使用封隔器坐封进行压裂施工。

7、方案进一步是：所述布局向上的卸压孔是分别在具有顶板大面积来压危险性的煤层内工作面的运输巷和回风巷内向顶板目标岩层施工；向目标岩层的顶板方向施工多组卸压孔，并在单孔内进行多次压裂。

8、方案进一步是：所述钻孔爆破是：在地面垂直孔至贯穿目标岩层或岩层群，埋设引爆装置，按设计药量进行炸药灌装，采用水泥封孔后进行爆破。

9、本发明的有益效果是：相对于常规的顶板处理技术，具有施工效率高、成本低、卸压效果好等优点；属于顶板大面积来压前瞻战略性治理措施，对我国顶板大面积来压治理技术及理念的进步具有重要意义，社会经济效益显著。

10、通过采用井上下钻孔的地面爆破与水力压裂结合对厚层坚硬顶板进行改性卸压，集中了钻孔区域，减小了施工难度，加快了使完整性好的厚层坚硬岩层内形成大量的、方位和长度不一的网状裂缝带甚至破碎区域的过程，大大降低目标岩层的整体强度，从而减小岩层下方回采工作面的围岩应力分布，从根本上消除工作面回采期间的顶板大面积来压风险。

11、下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

技术特征：

1.一种煤矿坚硬顶板地井联合预裂弱化方法，包括在煤矿工作面区域确定需要进行改性卸压的目标岩层或岩层群，其特征在于，在目标岩层或岩层群之下煤矿工作面两侧平行设置的运输巷道和回风巷道内根据布孔参数布局向上的卸压孔，并进行钻孔实施定向压裂，在地面应对运输巷道和回风巷道之间的目标岩层或岩层群布局爆破钻孔，并进行钻孔爆破。

2.根据权利要求1所述的联合预裂弱化方法，其特征在于，所述目标岩层或岩层群的确定是根据矿井地质资料，采用煤层开采断层理论分析方法确定的。

3.根据权利要求1所述的联合预裂弱化方法，其特征在于，所述布孔参数是根据目标岩层或岩层群的层位、厚度、地应力确定的；布孔参数中，目标岩层的层位为岩层赋存高度，压裂范围为目标岩层或岩层群的全部厚度，布孔的角度依据最大水平主应力方向确定。

4.根据权利要求1所述的联合预裂弱化方法，其特征在于，所述实施定向压裂，是钻孔穿透目标岩层或岩层群后，将压裂设备送达孔底，使用封隔器坐封进行压裂施工。

5.根据权利要求1所述的联合预裂弱化方法，其特征在于，所述布局向上的卸压孔是分别在具有顶板大面积来压危险性的煤层内工作面的运输巷和回风巷内向顶板目标岩层施工；向目标岩层的顶板方向施工多组卸压孔，并在单孔内进行多次压裂。

6.根据权利要求1所述的联合预裂弱化方法，其特征在于，所述钻孔爆破是：在地面垂直孔至贯穿目标岩层或岩层群，埋设引爆装置，按设计药量进行炸药灌装，采用水泥封孔后进行爆破。

技术总结本发明公开了一种煤矿坚硬顶板地井联合预裂弱化方法，包括在煤矿工作面区域确定需要进行改性卸压的目标岩层或岩层群，在目标岩层或岩层群之下煤矿工作面两侧平行设置的运输巷道和回风巷道内根据布孔参数布局向上的卸压孔，并进行钻孔实施定向压裂，在地面应对运输巷道和回风巷道之间的目标岩层或岩层群布局爆破钻孔，并进行钻孔爆破。本发明相对于常规的顶板处理技术，具有施工效率高、成本低、卸压效果好等优点；属于顶板大面积来压前瞻战略性治理措施，对我国顶板大面积来压治理技术及理念的进步具有重要意义，社会经济效益显著。技术研发人员：常云博,薛吉胜,马金奎,张震,郑立永,高新建,李大鹏,孙辉,庞立宁,司伟明受保护的技术使用者：北京天地华泰矿业管理股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26