CN110792419A - 一种煤矿冲击地压井上下超前预控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤矿开采冲击地压超前预控技术，具体是一种煤矿冲击地压井上下超前预控方法。解决了下煤层开采冲击地压预测预控的问题，通过在煤层开采前测定矿井的冲击倾向性及冲击能量释放强度，合理选择地面压裂控制技术手段和井下预裂控制技术参数，完成对岩层的超前压裂弱化，从源头上实现冲击地压的防控。本发明井上地面、井下采场压裂技术的一体化应用，实现了相互补充、互为依托，真正意义上实现了井上下的综合治理，所属的一体化控制预控技术手段，从源头上对冲击地压进行了高效预防，具有广泛的应用前景。

Description

一种煤矿冲击地压井上下超前预控方法
技术领域
本发明属于煤矿开采冲击地压超前预控技术，具体是一种煤矿冲击地压井上下超前预控方法。
背景技术
国内外学者对于冲击地压发生机理的研究做了大量工作，认为冲击地压可分为构造型、重力型及中间型冲击地压，三种冲击地压类型发生本质均是由于应力积聚、能量释放造成。在实际生产过程中，冲击灾害的发生多以重力型为主，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。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高效生产。
所以，对于冲击地压的科学预测、精准预防势在必行。本发明提出一种煤矿冲击地压井上下超前预控技术，通过科学预测冲击地压的发生倾向性，合理选择井上、下预裂控制手段，旨在避免冲击地压的发生，从源头上对冲击灾害进行控制，实现矿井的安全、高效、绿色开采。
发明内容
本发明为了解决地下煤层开采冲击地压预测预控的问题，提供一种煤矿冲击地压井上下超前预控方法。
本发明采取以下技术方案：一种煤矿冲击地压井上下超前预控方法，包括以下步骤。
S100～煤层开采前，在煤层及其顶底板中钻孔取芯，测定煤岩体的冲击倾向性，根据测定结果将其冲击倾向性分为无冲击、弱冲击、冲击以及强冲击四个档次。
S200～若测定结果为无冲击，则无需进行控制，若测定结果为弱冲击及以上，则依据下述步骤确定冲击强度及控制技术方法。
S300～自工作面地表垂直向下至煤层打垂直钻孔，取各煤岩层岩芯并对其力学性能进行测算，测定各煤岩层抗压强度、抗拉强度、抗压强度、容重、厚度、弹性模量以及泊松比。
S400～基于上述测定的煤岩层物理力学性能参数及工作面开采地质条件，建立数值模拟模型，模型依据工作面开采条件1:1进行建立，模拟并记录工作面开采过程中上覆岩层破断的能量释放强度。
S500～若模拟得到某岩层的破断能量达到1*106J以上，则记录该岩层的层位及岩层破断的位置。
S600～采用地面压裂工艺，即自地面向下打压裂井至该岩层位置进行压裂，压裂位置位于上述记录岩层破断位置与工作面开切眼之内。
S700～地面压裂后，采用可控冲击波成套装备，在压裂钻井内进行二次冲击振动，扩大压裂范围。
S800～井下范围内，在工作面超前巷道顶板间隔一定距离倾斜向上打钻孔进行水力压裂工作。自此，完成所有控制技术作业。
步骤S600中，当模拟得到岩层释放的能量在106~107J之间，地面压裂时采用垂直井进行压裂；当模拟得到岩层释放的能量在107以上，地面压裂时采用水平井进行压裂，水平井水平段延伸方向应平行于工作面开采方向；当模拟得到岩层释放的能量在108J以上，地面采用水平井进行压裂时，水平井水平段的长度应不小于岩层破断位置至工作面开切眼距离的1/3。
井下压裂时，钻孔间隔距离与模拟得到岩层释放能量强度有关，若岩层释放能量强度在106~107J之间，钻孔间距取40~50m，钻孔长度取20~30m；若模拟得到岩层释放的能量在107以上，钻孔间距取30~35m，钻孔长度取40~50m；钻孔与巷道顶板平面的角度θ为60~80°。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）预测模型参数均取自现场，真实可靠，模型根据现场开采地质条件1:1建立，保证了预测结果的准确性；同时，该预测模型建立方便，可操作性强；2）地面、井下压裂技术的选择及参数确定均根据预测结果选择性应用，避免了技术应用的盲目性和不必要的工程量，能够最大程度发挥各项技术的优势；3）采用地面压裂技术对目标层进行压裂控制，相比传统井下控制技术，可操作性强、控制范围大，压裂效果好，真正从源头上实现了对冲击地压的主动控制；4）井上地面、井下采场压裂技术的一体化应用，实现了相互补充、互为依托，真正意义上实现了井上下的综合治理，所属的一体化控制预控技术手段，从源头上对冲击地压进行了高效预防，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
一种煤矿冲击地压井上下超前预控方法，包括以下步骤。
S100～煤层开采前，在煤层及其顶底板中钻孔取芯，测定煤岩体的冲击倾向性，根据测定结果将其冲击倾向性分为无冲击、弱冲击、冲击以及强冲击四个档次。
S200～若测定结果为无冲击，则无需进行控制，若测定结果为弱冲击及以上，则依据下述步骤确定冲击强度及控制技术方法。
S300～自工作面地表垂直向下至煤层打垂直钻孔，取各煤岩层岩芯并对其力学性能进行测算，测定各煤岩层抗压强度、抗拉强度、抗压强度、容重、厚度、弹性模量以及泊松比。
S400～基于上述测定的煤岩层物理力学性能参数及工作面开采地质条件，建立数值模拟模型，模型依据工作面开采条件1:1进行建立，模拟并记录工作面开采过程中上覆岩层破断的能量释放强度。计算模拟工作面开采情况，是采矿行业常用的一种技术手段。知道了工作面地质条件、结合S300中测得的煤岩层物理力学参数，就可以1:1建立数值模拟模型。
S500～若模拟得到某岩层的破断能量达到1*106J以上，则记录该岩层的层位及岩层破断的位置。
S600～采用地面压裂工艺，即自地面向下打压裂井至该岩层位置进行压裂，压裂位置位于上述记录岩层破断位置与工作面开切眼之内。
S700～地面压裂后，采用可控冲击波成套装备，在压裂钻井内进行二次冲击振动，扩大压裂范围。
S800～井下范围内，在工作面超前巷道顶板间隔一定距离倾斜向上打钻孔进行水力压裂工作。自此，完成所有控制技术作业。
步骤S600中，当模拟得到岩层释放的能量在106~107J之间，地面压裂时采用垂直井进行压裂；当模拟得到岩层释放的能量在107以上，地面压裂时采用水平井进行压裂，水平井水平段延伸方向应平行于工作面开采方向；当模拟得到岩层释放的能量在108J以上，地面采用水平井进行压裂时，水平井水平段的长度应不小于岩层破断位置至工作面开切眼距离的1/3。
步骤S600中，井下压裂时，钻孔间隔距离与模拟得到岩层释放能量强度有关，若岩层释放能量强度在106~107J之间，钻孔间距取40~50m，钻孔长度取20~30m；若模拟得到岩层释放的能量在107以上，钻孔间距取30~35m，钻孔长度取40~50m；钻孔与巷道顶板平面的角度θ为60~80°。

Claims (3)

1.一种煤矿冲击地压井上下超前预控方法，其特征在于：包括以下步骤，
S100～煤层开采前，在煤层及其顶底板中钻孔取芯，测定煤岩体的冲击倾向性，根据测定结果将其冲击倾向性分为无冲击、弱冲击、冲击以及强冲击四个档次；
S200～若测定结果为无冲击，则无需进行控制，若测定结果为弱冲击及以上，则依据下述步骤确定冲击强度及控制技术方法；
S300～自工作面地表垂直向下至煤层打垂直钻孔，取各煤岩层岩芯并对其力学性能进行测算，测定各煤岩层抗压强度、抗拉强度、抗压强度、容重、厚度、弹性模量以及泊松比；
S400～基于上述测定的煤岩层物理力学性能参数及工作面开采地质条件，建立数值模拟模型，模型依据工作面开采条件1:1进行建立，模拟并记录工作面开采过程中上覆岩层破断的能量释放强度；
S500～若模拟得到某岩层的破断能量达到1*106J以上，则记录该岩层的层位及岩层破断的位置；
S600～采用地面压裂工艺，即自地面向下打压裂井至该岩层位置进行压裂，压裂位置位于上述记录岩层破断位置与工作面开切眼之内；
S700～地面压裂后，采用可控冲击波成套装备，在压裂钻井内进行二次冲击振动，扩大压裂范围；
S800～井下范围内，在工作面超前巷道顶板间隔一定距离倾斜向上打钻孔进行水力压裂工作，自此，完成所有控制技术作业。
2.根据权利要求1所述的煤矿冲击地压井上下超前预控方法，其特征在于：所述的步骤S600中，当模拟得到岩层释放的能量在106~107J之间，地面压裂时采用垂直井进行压裂；当模拟得到岩层释放的能量在107以上，地面压裂时采用水平井进行压裂，水平井水平段延伸方向应平行于工作面开采方向；当模拟得到岩层释放的能量在108J以上，地面采用水平井进行压裂时，水平井水平段的长度应不小于岩层破断位置至工作面开切眼距离的1/3。
3.根据权利要求2所述的煤矿冲击地压井上下超前预控方法，其特征在于：所述的步骤S600中，井下压裂时，钻孔间隔距离与模拟得到岩层释放能量强度有关，若岩层释放能量强度在106~107J之间，钻孔间距取40~50m，钻孔长度取20~30m；若模拟得到岩层释放的能量在107以上，钻孔间距取30~35m，钻孔长度取40~50m；钻孔与巷道顶板平面的角度θ为60~80°。
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