一种多煤层开采过上覆斜交煤柱强矿压灾害顶板水力压裂超前区域弱化方法与流程

本发明涉及矿山工程领域，特别涉及一种多煤层开采过上覆斜交煤柱强矿压灾害顶板水力压裂超前区域弱化方法。

背景技术：

1、煤矿在开采过程中采空区遗留了大量的尺寸不一的煤柱，包括各类型隔离煤柱、护巷煤柱等，其中有些煤柱尺寸较宽，甚至出现有集中煤柱群。随着煤炭开采逐渐向深部转移，下煤层工作面在通过这些煤柱时，易诱发强烈的动载矿压灾害，严重时导致压架事故，严重威胁着矿井的安全生产。

2、面对工作面过上覆斜交煤柱的特殊开采情况，应在工作面开采前采取相关措施进行预先防治。然而，传统的爆破防治隐患较大、成本较高且效果较差。

3、因此，开发一种多煤层开采过上覆斜交煤柱强矿压灾害顶板水力压裂超前区域弱化方法具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多煤层开采过上覆斜交煤柱强矿压灾害顶板水力压裂超前区域弱化方法，以解决现有技术中存在的问题。

2、为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种多煤层开采过上覆斜交煤柱强矿压灾害顶板水力压裂超前区域弱化方法，包括以下步骤：

3、1)建立煤层开采过上覆斜交煤柱模型，将层间关键岩层划分为进煤柱区域、煤柱下方区域和出煤柱区域。确定工作面在进煤柱区域和出煤柱区域中存在矿压异常现象的范围，进而确定矿压异常范围的基本顶为顶板压裂控制范围。

4、2)针对步骤)中确定的顶板压裂范围，在关键层位置设计定向长钻孔和穿层钻孔的布置方案。其中，穿层钻孔布置在定向长钻孔的造斜与拐弯段，对空白区域进行补充压裂。

5、3)根据工作面基本顶压裂段岩石属性，确定泵注压力与压裂用液量。

6、4)采用后退拖动式时空分段压裂工艺对定向长钻孔和穿层钻孔进行分段水力压裂，对顶板压裂控制范围进行超前弱化改造。

7、进一步，步骤1)中，通过数值模拟或实验室物理相似试验方法确定工作面在进煤柱区域和出煤柱区域中存在矿压异常现象的范围。

8、进一步，步骤2)中，布置方案包括布孔位置及布孔间距。

9、进一步，步骤4)之后，还具有对水力压裂超前弱化效果进行评价的步骤。

10、进一步，通过测试泵注参数方法考察定向长钻孔分段压裂效果。结合微震监测方法对水力压裂超前弱化效果进行评价。

11、本发明的技术效果是毋庸置疑的：

12、a.关键岩层“进煤柱区域”通过改造后，破坏其完整性，降低强度，顶板能随采随垮，诱导上覆煤柱及承载体超前运移且垮落后与煤柱及承载体形成联合支撑作用，规避煤柱瞬间回转失稳风险；

13、b.利用高压压裂液扩散本身对岩体有浸润作用，有助于应力集中区的应力分散；

14、c.层间关键岩层是应力传导的主要路径，对其超前弱化使得应力传递路径转移，出煤柱过程中集中应力不会瞬间传递至采场周围，有效防止动力灾害发生。

15、d.该方法相较于传统的水力压裂方法具有不需要注入大量水致使煤体破裂，节省注水量的特点。

技术特征：

1.一种多煤层开采过上覆斜交煤柱强矿压灾害顶板水力压裂超前区域弱化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多煤层开采过上覆斜交煤柱强矿压灾害顶板水力压裂超前区域弱化方法，其特征在于：步骤1)中，通过数值模拟或实验室物理相似试验方法确定工作面在进煤柱区域和出煤柱区域中存在矿压异常现象的范围。

3.根据权利要求1所述的一种多煤层开采过上覆斜交煤柱强矿压灾害顶板水力压裂超前区域弱化方法，其特征在于：步骤2)中，布置方案包括布孔位置及布孔间距。

4.根据权利要求1所述的一种多煤层开采过上覆斜交煤柱强矿压灾害顶板水力压裂超前区域弱化方法，其特征在于：步骤4)之后，还具有对水力压裂超前弱化效果进行评价的步骤。

5.根据权利要求4所述的一种多煤层开采过上覆斜交煤柱强矿压灾害顶板水力压裂超前区域弱化方法，其特征在于：通过测试泵注参数方法考察定向长钻孔分段压裂效果；结合微震监测方法对水力压裂超前弱化效果进行评价。

技术总结发明提供一种多煤层开采过上覆斜交煤柱强矿压灾害顶板水力压裂超前区域弱化方法。该以上覆遗留煤柱强矿压灾害发生规律及致灾机理研究结果为基础，基于“垮落充填体支撑+关键岩层弱化+应力传递路径转移”防治理念，确定上覆遗留煤柱强矿压灾害水力压裂超前区域弱化防治思路，将层间关键岩层划分“进煤柱区域、煤柱下方区域、出煤柱区域”三个部分，通过数值模拟或实验室相似实验方法，确定工作面在进煤柱区域和出煤柱区域中存在矿压异常现象的范围，进而确定顶板压裂控制范围，对其进行超前弱化改造，可实现改变煤柱及承载体运移空间，均布集中应力，转移应力传递路径的效果。技术研发人员：高杰,梁运培,赵米真,武兆鹏,曹国选,杨康,刘军生,李其罡,王东,杨建东,申飞,尹华龙受保护的技术使用者：陕西煤业化工集团孙家岔龙华矿业有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27