厚硬关键层区域性冲击地压防治方法与流程

本发明属于煤矿安全开采，具体涉及一种厚硬关键层区域性冲击地压防治方法。

背景技术：

1、冲击地压作为深部矿井煤炭开采面临的主要灾害之一，对矿井、人员造成了不可估量的损失。据统计冲击矿压事故多发生在巷道，其中半数以上又发生在工作面的超前两巷，在实际生产过程中，冲击灾害的发生多以顶板型为主，尤其对于我国坚硬顶板矿区，因顶板强度高、厚度大，开采过程中顶板不易破断，造成能量积聚易诱发冲击地压。

2、近些年，冲击地压矿井逐步开展井上下水力压裂的形式，来处理工作面上方的致灾厚硬关键层，通常采用地面定向水力压裂和井下顶板水力压裂。其中地面定向水力压裂压裂范围较广、施工不受采掘布置限制，但该工艺成本高，且防治效果尚未明确；而井下顶板水力压裂成本相对较低，目前广泛布置在待回采工作面已掘进巷道中，且压裂钻孔朝向沿工作面走向，但井下顶板水力压裂时，进行压裂与开采位于同一工作面巷道，往往受采掘计划限制，导致开采工期紧张。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种厚硬关键层区域性冲击地压防治方法，解决了现有井下顶板水力压裂时压裂作业与开采作业位于同一工作面巷道导致开采工期紧张的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，厚硬关键层区域性冲击地压防治方法，包括以下步骤：

3、步骤1，确定采煤工作面的厚硬关键层，对厚硬关键层进行压裂测试，确定顶板水力压裂钻孔的压裂半径r；

4、步骤2，沿盘区工作面倾向划分若干个压裂单元，在每个压裂单元内沿盘区工作面走向划分若干个压裂区段；

5、步骤3，对应首个压裂单元内每个压裂区段内安装压裂设备，压裂设备对压裂区段的厚硬关键层沿工作面倾向进行钻孔及水力压裂；

6、步骤4，沿盘区工作面开采方向依次对后续压裂单元内的压裂区段进行压裂作业，在采煤工作面回采前超前采煤工作面对压裂区段进行水力压裂，使采煤工作面厚硬关键层下方所有岩层规则垮落。

7、本发明的特征还在于，

8、步骤2中压裂单元和压裂区段等间距划分，压裂区段的划分间距ls如下式所示：

9、ls＝2rx；

10、其中，r为压裂半径，x为单个压裂区段内压裂设备施工的钻孔数量。

11、步骤3中压裂设备沿工作面走向等间距设置，相邻压裂设备间间距为ls，首个压裂设备与工作面切眼间距为ls/2。

12、步骤3中对压裂区段的厚硬关键层沿工作面倾向进行钻孔及水力压裂具体包括以下步骤：

13、步骤3.1，依据钻孔数量生成压裂钻孔轨迹线；

14、步骤3.2，依据压裂钻孔轨迹线进行倾斜段和水平段钻进，钻进至指定位置后退出钻杆；

15、步骤3.3，对钻孔中的水平段进行水力压裂，直至将压裂区段内钻孔的水平段全部压裂完成。

16、步骤3.3中进行水力压裂采用下放封隔器或桥塞，在两级封隔器或桥塞中注入高压水进行压裂，水力压裂采取后退式进行，压裂过程中不停注入裂隙支撑剂。

17、首个压裂单元中钻孔的长度la不小于y1倍单个采煤工作面的倾向长度，y1为不小于2的整数。

18、第n个压裂单元中布置压裂设备的巷道与第n-1个压裂单元中布置压裂设备的巷道距离为y2倍单个采煤工作面的倾向长度。

19、非首个压裂单元中钻孔的长度la*如下式所示：

20、la*＝y2*lg+ln；

21、其中，y2为y1或者y1-1；lg为单个采煤工作面的倾向长度；ln为第n-1个压裂单元中钻孔倾斜段的横向投影长度。

22、本发明的有益效果是，

23、本发明厚硬关键层区域性冲击地压防治方法通过将压裂钻孔方向调整为工作面倾向方向，且进行压裂作业的作业巷道非回采工作面的作业巷道，提高了工作面的压裂效率及待回采工作面的开采效率，同时回采期间更有利控制工作面回采期间来压情况，保障采掘期间人员的人身安全。

24、本发明既可以满足整个工作面压裂，还可以针对工作面特定区域进行压裂作业，来防止冲击地压，降低了冲击地压防治成本的同时提高了工作面安全高效的生产。

技术特征：

1.厚硬关键层区域性冲击地压防治方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的厚硬关键层区域性冲击地压防治方法，其特征在于，步骤2中所述压裂单元和压裂区段等间距划分，压裂区段的划分间距ls如下式所示：

3.根据权利要求2所述的厚硬关键层区域性冲击地压防治方法，其特征在于，步骤3中所述压裂设备(6)沿工作面走向等间距设置，相邻压裂设备(6)间间距为ls，首个压裂设备(6)与工作面切眼(5)间距为ls/2。

4.根据权利要求1所述的厚硬关键层区域性冲击地压防治方法，其特征在于，步骤3中对压裂区段的厚硬关键层沿工作面倾向进行钻孔及水力压裂具体包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的厚硬关键层区域性冲击地压防治方法，其特征在于，步骤3.3中进行水力压裂采用下放封隔器或桥塞，在两级封隔器或桥塞中注入高压水进行压裂，水力压裂采取后退式进行，压裂过程中不停注入裂隙支撑剂。

6.根据权利要求4所述的厚硬关键层区域性冲击地压防治方法，其特征在于，首个所述压裂单元中钻孔的长度la不小于y1倍单个采煤工作面的倾向长度，所述y1为不小于2的整数。

7.根据权利要求6所述的厚硬关键层区域性冲击地压防治方法，其特征在于，第n个所述压裂单元中布置压裂设备(6)的巷道与第n-1个所述压裂单元中布置压裂设备(6)的巷道距离为y2倍单个采煤工作面的倾向长度。

8.根据权利要求7所述的厚硬关键层区域性冲击地压防治方法，其特征在于，非首个所述压裂单元中钻孔的长度la*如下式所示：

技术总结本发明公开的厚硬关键层区域性冲击地压防治方法，通过确定采煤工作面的厚硬关键层，对厚硬关键层进行压裂测试，确定顶板水力压裂钻孔的压裂半径R；再沿盘区工作面倾向划分若干个压裂单元，在每个压裂单元内沿盘区工作面走向划分若干个压裂区段；对应首个压裂单元内每个压裂区段内安装压裂设备，压裂设备对压裂区段的厚硬关键层沿工作面倾向进行钻孔及水力压裂；最后沿盘区工作面开采方向依次对后续压裂单元内的压裂区段进行压裂作业。本发明解决了现有井下顶板水力压裂时压裂作业与开采作业位于同一工作面巷道导致开采工期紧张的问题。技术研发人员：靳俊晓,韩刚,刘虎,高丽艳,蒋启鹏,孙俊彦,段玉清,窦勇,张帝,高涵,孙明明,刘康,赵毅,李皓,邵亚武,杜梦曦受保护的技术使用者：中煤（鄂尔多斯市）能源科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15