一种冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法

本发明涉及急倾斜煤层开采的冲击地压灾害防治，特别是涉及一种冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法。

背景技术：

1、煤矿地下开采，冲击地压是威胁煤炭安全开采的一大灾害，也是最难控制、造成人员伤亡率最高的灾害，且冲击地压发生的次数也在逐年增加。国内外学者对于冲击地压的发生机理做了大量的工作，研究表明，地质动力环境、开采扰动等造成的应力积聚、能量释放是诱发冲击地压的根本原因，且冲击地压大都发生在坚硬顶板矿区，因顶板强度高、厚度大，开采过程中顶板不易破断，造成能量积聚，从而易诱发冲击地压。然而，目前国内外对于冲击地压的控制一直无法实现突破，对于该类灾害的控制多局限于井下范围的被动防御，无法从源头上治理，造成灾害发生引起的人员死亡、资产流失一直无法得到控制，严重影响矿井的安全生产。

2、所以，对于冲击地压的科学预测、精准预防势在必行。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法，包括：

4、对急倾斜煤层的工作面及工作面顶底板中钻孔取芯，得到取芯样本，并测试取芯样本的物理力学参数，并对取芯样本冲击倾向性进行鉴定，得到测定结果，并标记急倾斜煤层的工作面开采区段的标高a、b，煤层倾角α；

5、若测定结果为无冲击倾向，则无需进行地面及井下压裂；若测定结果为弱冲击倾向性，则无需地面压裂，仅在井下采用长钻孔对目标坚硬岩层进行压裂；目标坚硬岩层为位于急倾斜煤层的工作面法向距离50m范围内的关键岩层中最厚的一层；长钻孔布置在坚硬岩层的中心线上，记最上端长钻孔距垮落线的倾向距离为m，最下端长钻孔与标高为a的水平面间的垂直距离为n，相邻两个长钻孔间的的倾向距离为l；若测定结果为强冲击倾向性，则依据急倾斜煤层的工作面及测试的顶底板物理力学参数，按照1:1的比例，建立相数值模拟模型，以模拟急倾斜煤层的工作面开采过程中覆岩应力集中及能量积聚特征；

6、对覆岩中积聚能量≥105j的倾斜岩层进行标记，记录倾斜岩层的位置及能量集中的区域范围；

7、在地面布置压裂斜井，对标记范围s内的倾斜岩层进行地面压裂；

8、采用地面压裂后，急倾斜煤层的工作面开采时，在井下布置微震监测设备进行监测，若监测到压裂后覆岩破断的能量小于104j，则无需进行补充压裂；若监测到压裂后覆岩破断的能量仍在104j以上，则在井下继续采用长钻孔进行压裂，压裂目标层选取为急倾斜煤层的工作面法向距离50m范围内的关键岩层中最厚的一层，压裂长钻孔布置在坚硬岩层的中心线上。

9、优选地，所述物理力学参数包括：抗拉强度、抗压强度、泊松比、弹性模量、变形模量、内聚力和内摩擦角。

10、优选地，l的取值范围：40≤l≤50。

11、优选地，m的取值范围：10tanα≤m≤25tanα。

12、优选地，n的取值范围：0.2lsinα≤n≤lsinα。

13、优选地，若区域范围s≤400m，则在范围s中部布置一个地面压裂斜井；若s＞400m，则在范围s内每隔200m布置一个地面压裂斜井。

14、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

15、本发明提供了一种冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法，包括：对急倾斜煤层的工作面及工作面顶底板中钻孔取芯，得到取芯样本，并测试取芯样本的物理力学参数，并对取芯样本冲击倾向性进行鉴定，得到测定结果，并标记急倾斜煤层的工作面开采区段的标高a、b，煤层倾角α；若测定结果为无冲击倾向，则无需进行地面及井下压裂；若测定结果为弱冲击倾向性，则无需地面压裂，仅在井下采用长钻孔对目标坚硬岩层进行压裂；目标坚硬岩层为位于急倾斜煤层的工作面法向距离50m范围内的关键岩层中最厚的一层；长钻孔布置在坚硬岩层的中心线上，记最上端长钻孔距垮落线的倾向距离为m，最下端长钻孔与标高为a的水平面间的垂直距离为n，相邻两个长钻孔间的的倾向距离为l；若测定结果为强冲击倾向性，则依据急倾斜煤层的工作面及测试的顶底板物理力学参数，按照1:1的比例，建立相数值模拟模型，以模拟急倾斜煤层的工作面开采过程中覆岩应力集中及能量积聚特征；对覆岩中积聚能量≥105j的倾斜岩层进行标记，记录倾斜岩层的位置及能量集中的区域范围；在地面布置压裂斜井，对标记范围s内的倾斜岩层进行地面压裂；采用地面压裂后，急倾斜煤层的工作面开采时，在井下布置微震监测设备进行监测，若监测到压裂后覆岩破断的能量小于104j，则无需进行补充压裂；若监测到压裂后覆岩破断的能量仍在104j以上，则在井下继续采用长钻孔进行压裂，压裂目标层选取为急倾斜煤层的工作面法向距离50m范围内的关键岩层中最厚的一层，压裂长钻孔布置在坚硬岩层的中心线上。本发明科学可靠，技术手段全面，可从源头上对冲击地压源进行弱化控制，应用前景广泛。

技术特征：

1.一种冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法，其特征在于，所述物理力学参数包括：抗拉强度、抗压强度、泊松比、弹性模量、变形模量、内聚力和内摩擦角。

3.根据权利要求1所述的冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法，其特征在于，l的取值范围：40≤l≤50。

4.根据权利要求1所述的冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法，其特征在于，m的取值范围：10tanα≤m≤25tanα。

5.根据权利要求1所述的冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法，其特征在于，n的取值范围：0.2lsinα≤n≤lsinα。

6.根据权利要求1所述的冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法，其特征在于，若区域范围s≤400m，则在范围s中部布置一个地面压裂斜井；若s＞400m，则在范围s内每隔200m布置一个地面压裂斜井。

技术总结本发明提供了一种冲击地压煤层井上下区域协同压裂预控方法。首先在煤层开采之前对煤岩冲击倾向性进行鉴定，从而判断矿井冲击危险性，并划定危险区域，采用地面压裂技术对危险区域顶板进行压裂。工作面开采过程中，再采用微震监测手段实时监测覆岩破断能量释放强度，并依据监测结果，井下采用长钻孔水力压裂技术进一步对坚硬顶板进行预裂弱化，实现冲击地压的防控。该方法科学可靠，技术手段全面，可从源头上对冲击地压源进行弱化控制，应用前景广泛。技术研发人员：高瑞,高炜晨,张辰熙,刘宏杰,张文阳,李勇受保护的技术使用者：太原理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30