深部煤层开采远、近场坚硬岩层协同控顶防治强矿震方法与流程

本发明属于深部煤矿开采，具体涉及一种深部煤层开采远、近场坚硬岩层协同控顶防治强矿震方法。

背景技术：

1、目前我国东部、北部和东北部大部分煤矿的开采深度已经超过600m。随着开采深度的逐渐增大，深部煤矿煤层上方往往发育有坚硬覆岩。煤层开采过程中，坚硬覆岩易形成大面积悬顶结构，一旦失稳破断，其诱发的强矿震进而引起工作面强烈冲击和地面强烈震动，将严重威胁井下矿工和地面居民的安全，以及影响采矿的生产效率和效益。

2、为解决深部煤层开采遇到的强矿震问题，提出了基于地面水力压裂与井下深孔爆破相结合的远、近场坚硬岩层协同控顶方法。该方法是通过地面钻孔对远场坚硬岩层实施分段压裂，改变远场坚硬岩层的垮断步距，以减少远场坚硬岩层破断时的能量释以及岩层活动范围；同时结合井下深孔爆破技术，对工作面近场坚硬岩层进行预裂，减少基本顶初次垮落及周期来压步距。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提出一种深部煤层开采远、近场坚硬岩层协同控顶防治强矿震方法，具体按以下步骤实施：

2、步骤1，在工作面掘进前弱化远场坚硬岩层，通过在地面施工垂直井进行压裂，用以弱化煤层顶板100m以上的远场坚硬岩层，过程中使用单点微震采集仪、井下深孔顶板检波器对压裂期间的岩层裂隙发育情况进行监测；

3、步骤2，工作面开采期间在井下巷道顶板施工深孔爆破孔，用以弱化煤层顶板50m～90m范围内的近场坚硬岩层，炸药量视所述顶板岩性与孔深决定，封孔长度不得小于孔深的1/3；

4、步骤3，对所述步骤2中井下顶板进行深孔爆破，产生爆破裂隙，使所述爆破裂隙与所述步骤1中所述地面垂直井压裂产生的裂隙贯通形成贯穿裂隙，将坚硬岩层切割成较为规则的块状结构以弱化坚硬顶板，避免大面积悬顶突然断裂而诱发强矿震，从源头上治理强矿震。

5、进一步地，所述步骤1具体按以下步骤实施：

6、步骤1.1，根据采区钻孔柱状图、钻孔窥视、关键层理论，确定矿震治理的目标岩层；

7、步骤1.2，在所述地面压裂井周围布置4个所述单点微震采集仪，相邻两个所述单点微震采集仪安装间隔为200m，获取高频有效信号且避免相互干扰，在对应的井下工作面两巷道各布置4个所述深孔顶板检波器，相邻两个所述井下深孔顶板检波器的安装间隔为50m，各所述井下深孔顶板检波器的安装孔径75mm，深度22m，钻孔与水平面夹角>70°，所述深孔顶板检波器安装完成后，进行检波器与通信电缆的连接以及通信电缆与便携式高精度采集仪的连接，以实现接收震动信号的同步连续采集；

8、步骤1.3，在所述地面施工垂直井，先施工一开井，完成后进行套筒，加固井口，随即施工二、三开井，施工至压裂层位后退出钻杆，安装射孔弹，进行射弹工作，在岩层中射出4～6簇射孔，射孔角度为360°/射孔数；

9、步骤1.4，在所述垂直井压裂过程中不停注入至少包括压裂液和细砂的裂隙支撑剂，保证压裂后的效果。

10、本发明的有益效果在于：

11、1、本发明依据采区范围内地层结构，进行地面垂直井钻孔和井下顶板爆破钻孔设计，对矿震治理目标岩层进行精确预裂，避免盲目大面积施工；并结合地面、井下微震监测装置，可有效降低微震事件的垂向误差，提高定位精度；

12、2、本发明深部煤层开采远、近场坚硬岩层协同控顶防治强矿震方法，通过采用地面水平井分段压裂和井下顶板深孔预裂爆破相结合的卸压措施，卸压范围广、效果明显，可以实现从源头上治理强矿震，大幅度降低回采工作面发生强矿震的风险。

技术特征：

1.深部煤层开采远、近场坚硬岩层协同控顶防治强矿震方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：

2.如权利要求1所述的深部煤层开采远、近场坚硬岩层协同控顶防治强矿震方法，其特征在于，所述步骤1具体按以下步骤实施：

技术总结本发明公开一种深部煤层开采远、近场坚硬岩层协同控顶防治强矿震方法，在工作面掘进前弱化远场坚硬岩层，在地面施工垂直井进行压裂，以弱化煤层顶板100m以上的远场坚硬岩层，使用单点微震采集仪、井下深孔顶板检波器对压裂期间的岩层裂隙发育情况进行监测；在井下巷道顶板施工深孔爆破孔，以弱化煤层顶板50m～90m范围内的近场坚硬岩层，炸药量视顶板岩性与孔深决定，封孔长度不得小于孔深的1/3；对井下顶板进行深孔爆破，使爆破裂隙与地面垂直井压裂产生的裂隙贯通形成贯穿裂隙，将坚硬岩层切割成较为规则的块状结构以弱化坚硬顶板，避免大面积悬顶突然断裂而诱发强矿震，从源头上治理强矿震；如此，能大幅度降低回采工作面发生强矿震风险。技术研发人员：李伟,焦玉勇,张修峰,陈洋,张全,韩跃勇,邹俊鹏,李国营,王子霖,夏峰,闫重玮,宁廷洲,沈振强,陈红凯受保护的技术使用者：山东能源集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14