CN110043262A - 一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，方法如下：将井下工作面、水平压裂井的每段压裂位置和射孔方向分别垂直投影到地面内；将投影到地面的射孔方向延伸至投影到地面的回采巷道中心线；将水平压裂井每段射孔位置和射孔方向垂直投影到井下工作面内；将投影到井下的射孔方向延伸到井下工作面两侧回采巷道中心线；在地面第一段压裂处布置p个测点；在井下工作面内布置q个测点；将微震监测设备同时放置上述测点处。当水平压裂井第一段压裂时，启动微震设备监测微震事件；将第一段压裂的地面和井下监测的微震事件，在同一个图形窗口上显示；当微震事件发生的范围覆盖整个工作面和压裂目标岩层时，停止压裂和监测。

Description

一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，用于监测煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝扩展情况，保证煤矿坚硬顶板地面压裂效果。

背景技术

特厚煤层是我国煤炭高效开采的主采煤层。特厚煤层开采，采场空间大，覆岩垮落范围广。以同煤集团塔山煤矿为例，其煤层厚度在14~20 m，覆岩垮落高度在200 m以上。当100 m以上的覆岩中存在厚硬岩层时，随着工作面推进，厚硬岩层会大面积悬顶。当悬顶的厚硬岩层突然破断垮落，联动基本顶范围内岩层失稳，造成工作面强矿压发生，严重影响矿井安全生产。

煤矿坚硬顶板水平井压裂是目前解决上述问题的最有效手段之一。通过煤矿坚硬顶板地面压裂技术，破坏高位厚硬岩层（距离煤层100 m以上）的完整性，避免厚硬岩层大面积悬顶。煤矿地面压裂中裂缝的扩展范围在垂直方向能否穿透厚硬岩层、在水平方向能否覆盖整个工作面是压裂效果的主要指标。如何保证裂缝的精准控制，是煤矿坚硬顶板水平井压裂需要解决的核心难题之一。目前针对坚硬顶水平井压裂裂缝扩展的监测，常借用石油领域的监测手段，即在地面布置监测微震测点，通过微震事件发生的位置判断整个压裂过程不同压裂段的裂缝扩展情况。与石油相比，煤矿坚硬顶板水平井压裂对于裂缝扩展范围的精准性具有更高的要求，需要针对水平井每一段压裂的扩展范围进行精准监测。因此，急需一种监测精度高、针对性强的煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝监测方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种监测精度高、针对性强的煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝监测方法。

为了解决上述技术难题，本发明所提供了一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，其特征是根据煤矿井下工作面和水平压裂井布置，在地面和井下按照一定方式布置微震监测点，监测压裂裂缝扩展，保证煤矿坚硬顶板水平井压裂效果。具体监测方法如下：

a、将井下工作面、水平压裂井的每段压裂位置和射孔方向分别垂直投影到地面内；

b、将投影到地面的射孔方向延伸至投影到地面的回采巷道中心线，投影到地面的射孔方向延伸线与投影到地面的回采巷道中心线交汇点分别为A₁、A₂ ……A_n和B₁、B₂……B_n；

c、将水平压裂井每段压裂位置和射孔方向垂直投影到井下工作面内；

d、将投影到井下的射孔方向延伸到井下工作面两侧的井下回采巷道中心线；投影到井下的射孔方向延伸线与井下回采巷道中心线交汇点分别为C₁、C₂ ……C_n和D₁、D₂……D_n；

e、在地面第一段压裂处，沿投影到地面的射孔方向延伸线，均匀布置p个测点，其中测点起点和测点末点分别为A₁和B₁；

f、在井下工作面内，在交汇点C₁和D₁上及其两侧，沿回采巷道中心线分别均匀布置q个测点，相邻测点间距为S；

g、将微震监测设备同时放置在步骤e和步骤f中的测点处；当水平压裂井第一段压裂时，启动微震设备监测微震事件；

h、在同一坐标系，将第一段压裂的地面和井下第一次监测的微震事件，在同一个图形窗口上显示；

i、当微震事件发生的范围在水平面上超出整个工作面面长，同时在垂直方向上超出压裂目标岩层厚度时，停止压裂和监测；

j、类似的反复执行 e ~ i步骤，直到完成整个水平井每段压裂的监测。

进一步的，每段压裂的地面监测点的数量p与工作面面长L有关；当工作面面长0<L ≤100 m时，p为3个，当工作面面长100<L≤250 m时，p为4个，当工作面面长L>250 m时，p为5个。

进一步的，每段压裂的井下监测点的数量q与工作面面长L有关；当工作面面长0<L ≤220 m时，q为3个；当工作面面长220<L≤300 m时，q为5个；当工作面面长L>300 m时，q为7个。

每段压裂的井下监测点间距S与井下监测点的数量q有关；当q为3个，测点间距S为5 m；当q为5个，测点间距S为3 m；当q为7个，测点间距S为2 m。

附图说明

图1为一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，图中：1——井下工作面，2——水平压裂井，3——压裂位置，4——射孔方向，5——地面，6——投影到地面的射孔方向，7——投影到地面的井下回采巷道中心线，8——投影到井下的射孔方向，9——井下回采巷道中心线，10——测点，11——起点，12——末点。

图2为工作面微震监测水平图，图中：14——微震事件。

图3为工作面微震监测垂直图，图中：13——目标岩层，14——微震事件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明所提供了一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，其特征是根据煤矿井下工作面和水平压裂井布置，在地面和井下按照一定方式布置微震监测点，实现一种高精度、针对性强的坚硬顶板地面水平井压裂裂缝扩展的监测。

以同煤集团塔山煤矿8218工作面进行详细监测方法说明。塔山煤矿8218工作面面长218 m，两侧分别布置5218回采巷道和2218回采巷道。工作面上方120 m存在一层厚度为30 m的坚硬岩层K4。为了避免K4岩层大面积悬顶，在工作面中间位置，从地面钻水平井。其中水平井的水平段位于坚硬岩层K4中间位置，共压裂3段，射孔方向平行工作面。具体的监测方法如下：

a、将8218工作面和水平压裂井2、每段压裂位置3和射孔方向4分别垂直投影到地面5内；

b、将投影到地面的射孔方向6延伸到投影到地面的5218回采巷道和2218回采巷道中心线。投影到地面的射孔方向6的延伸线与投影到地面的井下回采巷道中心线7交汇点分别为A₁、A₂、A₃和B₁、B₂、B₃；

c、将水平压裂井2的压裂位置3和射孔方向4垂直投影到井下8218工作面内；

d、将投影到井下射孔方向8延伸到5218回采巷道和2218回采巷道中心线。投影到井下的射孔方向8的延伸线与5218回采巷道和2218回采巷道的中心线交汇点分别为C₁、C₂、C₃和D₁、D₂、D₃；

e、在地面5第一段压裂处，沿投影到地面的射孔方向6的延伸线，均匀布置4个测点，其中测点起点11和测点末点12分别为A₁和B₁；

f、井下8218工作面内，在交汇点C₁和D₁上及两侧，沿井下回采巷道中心线9分别均匀布置3个测点，相邻测点间距S为5 m；

g、将微震监测设备同时放置步骤e和步骤f中的测点处。当水平压裂井第一段压裂时，启动微震设备监测微震事件14；

h、在同一坐标系，采用微震监测事件定位与统计分析软件，将第一段压裂的地面和井下第一次监测的微震事件14，在同一个图形窗口上显示；

i、当微震事件14发生的范围在水平面上长度超过工作面面长218 m，同时在垂直方向上高度超过目标岩层13厚度30 m时（如通过微震监测设备监测），停止压裂和监测（如图2、3所示）；

j、类似反复重复e ~ k步骤，完成第二段和第三段压裂裂缝的监测。

Claims (9)

1.一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，其特征是根据煤矿井下工作面和水平压裂井布置，在地面和井下按照一定方式布置微震监测点，监测压裂裂缝扩展，保证煤矿坚硬顶板水平井压裂效果；具体监测方法如下：

a、将井下工作面（1）、水平压裂井（2）的每段压裂位置（3）和射孔方向（4）分别垂直投影到地面（5）内；

b、将投影到地面的射孔方向（6）延伸至投影到地面的井下回采巷道中心线（7）；投影到地面的射孔方向（6）延伸线与投影到地面的井下回采巷道中心线（7）交汇点分别为A₁、A₂ ……A_n和B₁、B₂……B_n；

c、将水平压裂井（2）每段压裂位置（3）和射孔方向（4）垂直投影到井下工作面（1）内；

d、将投影到井下的射孔方向（8）延伸到井下工作面两侧的井下回采巷道中心线（9）；投影到井下的射孔方向（8）延伸线与井下回采巷道中心线（9）交汇点分别为C₁、C₂ ……C_n和D₁、D₂……D_n；

e、在地面（5）第一段压裂位置投影处，沿投影到地面的射孔方向（6）延伸线，均匀布置p个测点（10），其中测点起点（11）和测点末点（12）分别为A₁和B₁；

f、在井下工作面（1）内，在交汇点C₁和D₁上及其两侧，沿井下回采巷道中心线（9）分别均匀布置q个测点（10），相邻测点（10）间距为S；

g、将微震监测设备同时放置在步骤e和步骤f中的测点处；当水平压裂井（2）第一段压裂时，启动微震设备监测微震事件；

h、在同一坐标系，将第一段压裂的地面和井下第一次监测的微震事件（14），在同一个图形窗口上显示；

i、当微震事件（14）发生的范围在水平面上超出整个工作面面宽，同时在垂直方向上超出压裂目标岩层厚度（13）时，停止压裂和监测；

j、类似的反复执行 e ~ i步骤，直到完成整个水平井每段压裂的监测。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，其特征在于：地面监测点位于投影到地面的射孔方向（6）延伸线上，且均匀分布。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，其特征在于：每段压裂的地面监测点的起点和末点，为投影到地面的射孔方向（6）延伸线与投影到地面的井下回采巷道中心线（7）的交汇点。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，其特征在于：每段压裂的地面监测点的数量p与工作面面长L有关；当工作面面长0<L≤100 m时，p为3个，当工作面面长100<L≤250 m时，p为4个，当工作面面长L>250 m时，p为5个。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，其特征在于：每段压裂井下监测点在C₁、C₂ ……C_n和D₁、D₂……D_n上及其两侧均匀布置。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，其特征在于：每段压裂的井下监测点的数量q与工作面面长L有关；当工作面面长0<L≤220 m时，q为3个；当工作面面长220<L≤300 m时，q为5个；当工作面面长L>300 m时，q为7个。

7.根据权利要求1或6所述的一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，其特征在于：每段压裂的井下监测点间距S与井下监测点的数量q有关；当q为3个，测点间距S为5 m；当q为5个，测点间距S为3 m；当q为7个，测点间距S为2 m。

8.根据权利要求1所述的一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，其特征在于：地面监测次数、井下工作面监测次数与水平井压裂段数相同。

9.根据权利要求1所述的一种煤矿坚硬顶板水平井压裂裂缝井上下联合监测方法，其特征在于：当微震事件（14）发生的范围在水平面上超出整个工作面面宽，同时在垂直方向上超出压裂目标岩层（13）厚度时，停止压裂和监测。