CN111159856B - 一种地面压裂区域卸压防冲的目标岩层确定方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种地面压裂区域卸压防冲的目标岩层确定方法，涉及煤矿冲击地压技术领域，可以提升地面压裂的效果。其中方法包括：利用关键层理论，计算出具有可压裂性的多个预地面压裂岩层；根据所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定地面压裂目标岩层。本申请能够通过地面压裂有效改变厚层坚硬顶板的物理力学性质，降低其强度和完整性，并以期从根本上消除开采过程中厚层、巨厚顶板突然断裂诱发严重冲击地压灾害的威胁，是实现冲击地压治理的战略性措施，以及达到冲击地压灾害源头治理的新防冲手段，有利于降低了防冲成本，提高煤矿安全高效开采水平。
Description
技术领域
本申请涉及煤矿冲击地压技术领域，尤其是涉及到一种地面压裂区域卸压防冲的目标岩层确定方法。
背景技术
随着我国煤矿采掘深度和开采强度的日益增大，我国冲击地压矿井已增加至300余座，冲击地压发生条件、发生类型复杂多样，冲击地压防治一直是世界性难题，煤层上方的厚、巨厚岩层严重制约着地区冲击地压防治水平的提升，成为地区难以解决的问题。
例如，义马千秋煤矿属于典型的巨厚砾岩顶板，距离煤层远，但文献表明对该矿井冲击地压影响显著，现场防冲实践采取了大量的井下防冲工程，仍不能完全解决矿井冲击地压问题；以及，红庆河煤层属于鄂尔多斯地区典型的具有完整厚层顶板的冲击地压矿井，造成工作面顶板垮冒滞后、地面不充分沉降，引起工作面冲击地压显现强烈，由于厚层、巨厚岩层距离工作面的高度较大，井下工程难以达到处理高度，从而造成井下冲击地压治理工程的效果难以达到预期效果。
现有技术存在的不足有，厚层、巨厚顶板距离煤层远，处理难度极大，投入成本高，目前井下采用的顶板爆破和水力压裂，只能对小范围内的低位顶板岩层进行局部预裂，对于高位厚层顶板，上述解决方案无法实现大范围处理，从而导致冲击地压事故的频繁发生。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种地面压裂区域卸压防冲的目标岩层确定方法，主要目的在于解决现有井下采用的顶板爆破和水力压裂方法，无法对大范围的高位厚层顶板进行卸压，从而导致冲击地压事故的频繁发生。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种地面压裂区域卸压防冲的目标岩层确定方法，该方法包括：
利用关键层理论，计算出具有可压裂性的多个预地面压裂岩层；
根据所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定地面压裂目标岩层。
借由上述技术方案，本申请实施例提供的一种地面压裂区域卸压防冲的目标岩层确定方法，与现有厚层、巨厚顶板距离煤层远，处理难度极大，投入成本高的技术方案相比，本申请实施例利用关键层理论，计算出具有可压裂性的多个预地面压裂岩层，以及根据计算出的具有可压裂性的多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定地面压裂目标岩层。可见，本申请实施例能够基于待分析的压裂区域信息，利用关键层理论计算出具有可压裂性的多个预地面压裂岩层，并根据计算出的多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定地面压裂目标岩层，以便后续通过地面压裂有效改变厚层坚硬顶板的物理力学性质，降低其强度和完整性，并以期从根本上消除开采过程中厚层、巨厚顶板突然断裂诱发严重冲击地压灾害的威胁，是实现冲击地压治理的战略性措施，以及达到冲击地压灾害源头治理的新防冲手段，有利于降低了防冲成本，提高煤矿安全高效开采水平。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例提供的一种地面压裂区域卸压防冲的目标岩层确定方法的流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的对图1所示方法确定的目标岩层进行进一步验证的目标岩层确定方法的流程示意图；
图3示出了本申请提供的确定地压压裂区域的流程示意图；
图4示出了本申请实施例提供的岩层关键层能量传播衰减示意图；
图5示出了本申请实施例提供的微震事件分布示意图；
图6示出了本申请实施例提供的开采活动与地面压裂区域的关系示意图；
图7示出了本申请实施例提供的井上井下微震监测系统的布置示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
针对现有厚层、巨厚顶板距离煤层远，处理难度极大，投入成本高等技术问题。本实施例提供了一种地面压裂区域卸压防冲的目标岩层确定方法，能够有效通过地面压裂有效改变厚层、巨厚顶板的物理力学性质，降低其强度和完整性，并以期从根本上消除开采过程中厚层、巨厚顶板突然断裂诱发严重冲击地压灾害的威胁，是实现冲击地压治理的战略性措施，以及达到冲击地压灾害源头治理的新防冲手段，有利于降低防冲成本，提高煤矿安全高效开采水平，如图1所示，该方法包括：
101、利用关键层理论，计算出具有可压裂性的多个预地面压裂岩层。
在本实施例中，通过对待分析的压裂区域信息(即，地质资料)进行可压裂性实验测试分析，确定具有可压裂性的多个压裂区域信息，以及通过关键层理论分析，确定该具有可压裂性的多个压裂区域信息中的一个或多个预地面压裂岩层。根据实际应用场景的需要，也可以先对待分析的压裂区域信息进行关键层理论分析，得到一个或多个预地面压裂岩层，再对所得到的一个或多个预地面压裂岩层进行可压裂性实验测试分析，确定一个或多个预地面压裂岩层是否具备可压裂性。此处不对待分析的压裂区域信息以及预地面压裂岩层的分析顺序进行具体限定。
102、根据所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定地面压裂目标岩层。
在本实施例中，根据可压裂性及关键层理论分析，确定分布在煤层顶板上方的多个预地面压裂岩层(即，关键层)，通过对多个预地面压裂岩层进行弯曲能量计算，利用现场实践获取到的能量传递过程中的衰减特征，确定多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，并根据传递至工作面煤层中的剩余能量确定地面压裂目标岩层，即冲击地压主控岩层或主要致灾岩层。
对于本实施例可以按照上述方案，利用关键层理论，计算出具有可压裂性的多个预地面压裂岩层，以及根据计算出的具有可压裂性的多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定地面压裂目标岩层。可见，本申请实施例能够基于待分析的压裂区域信息，利用关键层理论计算出具有可压裂性的多个预地面压裂岩层，并根据计算出的多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定冲击地压主控岩层或主要致灾岩层，以便后续通过地面压裂有效改变厚层坚硬顶板的物理力学性质，降低其强度和完整性，并以期从根本上消除开采过程中厚层、巨厚顶板突然断裂诱发严重冲击地压灾害的威胁，是实现冲击地压治理的战略性措施，以及达到冲击地压灾害源头治理的新防冲手段，有利于降低了防冲成本，提高了煤矿安全高效开采的水平。
进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例的具体实施过程，提供了另一种地面压裂区域卸压防冲的目标岩层确定方法，该方法包括：
201、利用关键层理论，计算出具有可压裂性的多个预地面压裂岩层。
具体实施中，通过调研、勘察所有准备压裂区域内的钻孔柱状资料，根据钻孔柱状资料绘制距离工作面煤层上方的岩层赋存特征。具体为，根据岩层厚度、埋深、岩性、沿走向、倾向的变化特征，以及含水层、隔水层，确定厚层、巨厚顶板的层位和岩性，以及根据岩层的赋存特征，制定地面压裂的可压裂性测试方案，以便通过在实验室开展相关测试，获取岩层杨式模量、泊松比、脆性系数、岩层脆性矿物含量、黏土矿物含量、内摩擦角和黏聚力、镜质体反射率，从而确定岩层的可压裂性，为地面压裂可行性提供必要的依据。
进一步地，根据关键层理论计算工作面煤层上方的关键岩层，确定工作面煤层上方的若干关键岩层，即多个预地面压裂岩层。其中，关键层理论计算方法可参照钱鸣高等编著的《岩层控制的关键层理论》中的第2章第2.2节关键层的一般力学分析和2.3节关键层判别方法，以及《矿山压力与岩层控制》中第6章第二节岩层控制的关键层理论的相关内容，以便后续根据多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，得到影响冲击地压的地面压裂目标岩层，即冲击地压主控岩层。
202、确定所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量。
为了说明步骤202的具体实施方式，作为一种优选实施例，步骤202具体可以包括：
步骤2021、根据所述多个预地面压裂岩层，利用岩层释放能量衰减特征计算出所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量。
为了说明步骤2021的具体实施方式，作为一种优选实施例，所述利用岩层释放能量衰减特征计算出所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，具体可以包括：对所述多个预地面压裂岩层进行弯曲能量计算，得到所述多个预地面压裂岩层的岩层释放能量；以及，根据所述多个预地面压裂岩层的岩层释放能量，计算出所述多个预地面压裂岩层的岩层释放能量传递至工作面煤层的剩余能量。
203、通过比较所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，将剩余能量最大的预地面压裂岩层确定为地面压裂目标岩层。
具体实施中，根据具有可压裂性的岩层，利用岩层关键层理论计算出工作面煤层上方的多个岩层关键层，即具有可压裂性的多个预地面压裂岩层。由于不同层位的岩层关键层对工作面煤层冲击地压的程度影响不同，对多个岩层关键层进行弯曲能量计算，以及根据计算出的岩层释放能量确定能量传递、作用至工作面煤层上的剩余能量，从而通过对比能量传递、作用至工作面煤层上的多个剩余能量，确定理论上的地面压裂目标岩层。
根据实际应用场景的需要，若存在多个关键层，则从多个关键层中确定影响冲击地压的主控关键层，即地面压裂目标岩层。例如，根据岩层关键层理论分析确定存在2层关键层，即关键层1和关键层2，对关键层1和关键层2进行弯曲能量计算，得到关键层1和关键层2的释放能量，并进一步计算出关键层1和关键层2的释放能量传递至工作面煤层的剩余能量，并通过比较确定剩余能量最大的关键层，即地面压裂目标岩层。
如图4所示，关键层1通过弯曲能量计算得到的弹性弯曲能量为E1，弹性弯曲能量释放传递至r1处煤层的剩余能量为E1'；同理，关键层2通过弯曲能量计算得到的弹性弯曲释放能量为E2，弹性弯曲能量释放传递至r2处煤层的剩余能量为E'2，若E′1＞E'2，则关键层1对工作面煤层冲击地压的影响程度大于关键层2对工作面煤层冲击地压的影响程度，从而确定关键层1为冲击地压主控岩层，优先处理关键层1。其中，假设工作面煤层上方的n层岩层断裂并释放的弹性弯曲能量为En，震源距离开采煤层的距离为r1，r2，…，rn，该弹性弯曲能量在岩体中以指数形式衰减，衰减指数(阻尼)为η，关键层断裂传播至煤层的剩余能量的计算公式具体为：
衰减规律为E'n＝Enr-η；
其中，M为工作面煤层顶板岩层的弯矩；为工作面煤层顶板岩层弯曲下沉的转角。
为了验证上述步骤201-203所确定的地面压裂目标岩层是否准确，本申请的目标岩层确定方法还包括：
204、对确定的所述地面压裂目标岩层进行验证。
如图2所示，为了说明步骤204的具体实施方式，作为一种优选实施例，步骤204具体可以包括：
2041、获取岩层中用于表征围岩活动的不同能量等级的微震事件。
具体实施中，如图7所示，井上井下微震联合监测系统，具体可以采用波兰的ARP2000地面微震监测系统，其中，ARP系统的应用实现了“ARAMIS M/E井下微震监测系统+ARP2000P地面微震监测系统”井上下联合监测；也可以采用单独ARAMIS M/E井下微震监测系统或ARP2000P地面微震监测系统来实现监测。
2042、根据所述不同能量等级的微震事件分析用于表征围岩活动是否主要发生在顶板岩层。
为了说明步骤2042的具体实施方式，作为一种优选实施例，步骤2042具体可以包括：对于发生在顶板岩层，煤层及底板岩层的微震事件占比或能量大小分析；当顶板岩层微震事件次数大于在底板岩层微震事件次数和/或煤层微震事件次数，或者顶板岩层微震事件能量大于在底板岩层微震事件和/或煤层微震事件的能量，则确定用于表征围岩活动主要发生在顶板岩层。
2043、若是，分析大能量事件在所述顶板岩层分布的层位，确定大能量事件集中发生的层位为地面压裂目标岩层，并此地面压裂目标岩层与步骤102确定的地面压裂目标岩层进行比较，确定二者是否相符。
为了说明步骤2043的具体实施方式，作为一种优选实施例，步骤2043具体可以包括：根据井上井下微震联合监测到的微震事件，按照监测到的微震事件能级水平，把最大能级的微震事件投影至顶板岩层，并将顶板岩层中最大能级的微震事件占比最大的岩层确定为地面压裂目标岩层。
为了说明步骤2043的具体实施方式，作为一种优选实施例，步骤2043还可以包括：当最大能级的微震事件发生数量不足以确定地面压裂目标岩层时，继续分析次最大能级事件直至能够确定大能量事件集中发生在的岩层层位，从而确定目标岩层；所述最大能级的微震事件发生数量不足是指微震事件在不同岩性(例如，中砂岩、细砂岩和/或粗砂岩岩层)均具有分布，且分布各岩层对比差异小。
具体实施中，利用井上井下联合微震监测，根据监测到的数据确定最终的冲击地压的主控岩层。具体为，①判断煤层、顶底板不同层位、不同能量等级事件占比，确定主要活动岩层；②根据不同能量等级事件分布，判断是否存在大范围破裂、裂隙发育程度和岩层裂隙发展程度，通常微震事件分布集中的区域，岩层受影响程度较大，裂隙发育与发展程度较高，微震事件分布松散的区域，岩层受影响程度较小，裂隙发育与发展程度较低；③裂隙的发展对地面压裂的应力场具有一定程度的影响，而局部应力场的改变对地面压裂裂缝起裂与扩展也具有一定程度的影响，因此基于影响程度判断是否利于起裂，形成更大的压裂簇；④依据大能量事件(＞105J能级)分布的层位，确定最终的冲击地压主控岩层。
根据实际应用场景的需要，井上井下联合微震监测系统监测到的数据有，微震事件2923次，其中，微震事件能级大于104J有25次，大于105J有8次，发生在顶板中的微震事件有2708次，占比93％，发生在煤层中的微震事件有47次，占比1％，发生在底板中的微震事件有168次，占比6％。监测结果表明，围岩活动主要发生在顶板岩层，煤层及底板岩层在开采过程产生的微震事件所占比例较低，即通过地面ARP2000+井下微震监测系统的监测结果能够确定围岩剧烈活动的主要为顶板岩层活动。此外，根据压裂现场的实际情况，存在矿井地质资料不全，或者矿井未安装微震监测系统等情况，可选择不同方法组合进行地面压裂目标岩层的确定。
进一步地，通过平面、剖面投影确定微震事件对应于平面分布下的走向垂直层位的分布等级结果，包括102J及以下微震事件、103J微震事件、104J微震事件、105J及以上微震事件。如图5所示，根据微震事件分布等级结果确定微震事件在垂直层位上，主要分布在煤层顶板上方区域(例如，0-190m)，其中，煤层顶板上方第一区域(例如，84-190m)岩层以小能量事件发生为主，表明岩层破裂发展高度达到190m，甚至更高；104J及以上微震事件主要发生在煤层顶板上方第二区域(例如，23-84m)的厚层中粒砂岩岩层，该岩层属于厚层难垮顶板，通过监测发现，期间引起现场剧烈能量释放主要发生该岩层中，尤其以40.5-84m的高度岩层能量释放最为剧烈，从而得到该区域厚层中粒砂岩是造成工作面动力效应的主要岩层，对冲击危险具有主要的控制作用，即将此岩层作为目标岩层；102J及以下微震事件主要分布在煤层顶板上方第三区域(例如，0-23m)。
如图5所示，根据微震事件分布等级结果能够确定大能量事件发生的主要层位，即大能量事件主要发生在煤层顶板上方23-84m范围内的中粒砂岩岩层，该岩层属于厚层难垮顶板，通过实际的回采过程监测可知，引起现场剧烈能量释放的区域主要发生在中粒砂岩岩层中，尤其以煤层顶板上方40.5-84m区域内的岩层能量释放最为剧烈。可见，该区域的厚层中粒砂岩是引起工作面动力效应的主要岩层，对冲击危险具有主要的控制作用。
本实施例利用井上井下微震监测系统，根据监测到的大能量事件(一般＞105J)主要发生层位确定主要致灾岩层，可见，岩层控制并不是处理的高度越高越好，而是需要根据能量传递、衰减计算结果，将确定的主要冲击致灾岩层或冲击致灾关键岩层作为地面压裂目标岩层。
本实施例再将通过步骤201-203确定的地面压裂目标岩层与通过步骤204确定的地面压裂目标岩层进行比对，判断分别确定的地面压裂目标岩层是否一致，若一致则表明通过步骤201-203确定的地面压裂目标岩层无误，这样可以保证所确定的地面压裂目标岩层的精准性，为后续治理冲击地压提供了基础。
如图3所示，在确定地压地面压裂目标岩层的步骤之后，还包括确定地压压裂区域，具体包括：
205、根据计算得到的岩层移动边界角，确定采空区裂隙带的侧向发展区域。
206、根据所确定的采空区裂隙带的侧向发展区域，得到地面压裂待确定区域。
具体实施中，当压裂区域尚未进行开采，则不存在开采活动对地面压裂的影响；当压裂区域已开采，存在临近采空区、开采活动影响压裂区域岩层时，通过分析、评估开采活动对地面压裂的影响，合理确定目标岩层与开采活动影响区域的相对关系，从而确定地面压裂待确定区域。
根据实际应用场景的需要，根据计算得到的岩层移动边界角，确定采空区裂缝带侧向发展区域，以便分析、评估开采活动对地面压裂的影响，其中，通常利用裂缝角来确定采空区裂缝带侧向发展区域，但由于裂缝角无法通过公式进行理论计算，因此本实施例采用以下方法计算岩层移动边界角，以近似获得裂缝角。具体为：
1)井下钻探。在井下进行钻探，根据中华人民共和国煤炭行业标准《导水裂缝带高度的钻孔冲洗液漏失量观测方法》，在临空巷道施工扇形孔，根据钻孔的漏失量和钻孔窥视计算得到岩层移动边界角，从而确定顶板裂缝的侧向发展区域以及地面压裂待确定区域。
2)地面下沉变形观测数据分析。当矿井开展地面变形观测数据分析时，根据观测数据，计算出岩层移动边界角，该岩层移动边界角用于表征裂缝角，通常计算得到的岩层移动边界角大于裂缝角，可用于确定裂隙带侧向发展区域以及地面压裂待确定区域，即水平井位置距离岩层移动边界线的距离大于地面压裂待确定区域的压裂半径，从而有效避免受到临近裂缝带的影响。根据实际应用场景的需要，岩层移动边界角可以根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中各地区的边界角、裂缝角进行相应地校正及调整。此外，当矿井无实测地面下沉变形观测数据时，可以根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》获取符合实际应用场景的边界角、裂缝角。
如图6所示，考虑到观测数据存在的误差，通常利用地表下沉曲线获取下沉10mm的点为临界变形边界点A，将临界变形边界点A至采空区边界点B的连线与水平线在煤柱一侧的夹角作为地面移动边界角δ，即利用地面移动边界角δ代替裂缝角，从而划定临界采空区裂缝带的侧向发展区域，并进一步确定地面压裂待确定区域。
如图7所示，利用地面布置的监测台站和井下工作面采场布置的微震台站进行联合监测，根据监测到的顶板岩层的活动区域(包括顶板岩层活动平面范围及垂直高度)，确定开采活动对地面压裂的影响。例如，若顶板岩层的活动范围为基于103J及以下微震事件分布的区域，则判别为微裂缝发展为主，利于地面压裂的应力场调整形成更大的压裂簇；若顶板岩层的活动范围为基于大于105J的大能量事件分布的区域，则判别为较大的裂缝发展，对起裂、扩展存在不利影响。
207、获取所述地面压裂待确定区域的平面区域及垂直高度和井下卸压工程的平面区域及垂直高度。
208、根据所述地面压裂待确定区域的平面区域及垂直高度和井下卸压工程的平面区域及垂直高度，得到地面压裂区域。
具体实施中，如图3所示，井下卸压工程包括井下水力压裂工程、井下爆破工程等，根据地面压裂待确定区域的平面区域及垂直高度和井下卸压工程的平面区域及垂直高度判定地面压裂待确定区域受井下卸压工程形成裂缝的影响。具体为，对井下卸压工程进行平面、剖面投影，以井下水力压裂工程为例，同理分析井下爆破工程的影响，按照井下卸压工程的最大卸压区域，根据现场实测及实践经验获取井下水力压裂区域(例如，半径5-25m，压裂高度忽略不计)，以及裂缝所覆盖的区域，或者，井下爆破工程的顶板爆破裂隙圈区域(例如，半径2.5-10m)、装药段的圆柱体区域，以避免地面压裂区域裂缝与井下卸压工程形成的裂缝导通造成压力、流量损失，同时后续地面压裂区域的确定能够有效降低地面压裂区域受井下卸压工程的影响，以及在地面压裂区域高度方向上，保证地面压裂区域与井下卸压工程的裂缝发展区域不重合(即存在相对距离)，能够有效避免井下卸压工程与地面压裂区域裂缝导通，减少相互影响。
此外，在地面压裂的目标岩层的确定过程中，通过分析地面压裂目标岩层与含(隔)水层的相对位置关系，根据地面压裂目标岩层与含(隔)水层的相对位置关系，确定水平井的位置，保证目标岩层与含(隔)水层存在一定距离，以避免地面压裂后导致工作面煤层上方的主要含(隔)水层导通。
通过应用本实施例的技术方案，基于待分析的压裂区域信息，利用关键层理论计算出具有可压裂性的多个预地面压裂岩层，并根据计算出的多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定冲击地压主控岩层或主要致灾岩层。与现有厚层、巨厚顶板距离煤层远，处理难度极大，投入成本高的技术方案相比，本实施例能够根据地质资料及关键岩层分析，确定分布在工作面煤层上方的若干关键层，以及通过对若干关键层进行弯曲能量计算，利用岩层释放能量衰减特征确定若干关键层释放能量传递至工作面煤层的剩余能量，并根据传递至工作面煤层中的剩余能量确定冲击地压主控岩层或主要致灾岩层。进一步地，通过井上井下微震联合监测验证所确定的冲击地压主控岩层或主要致灾岩层，同时，结合开采活动引起的裂隙扩展对地面压裂的起裂、扩展的影响，以及基于现场地面将裂缝角简化为岩层移动边界角，根据采空区裂隙带侧向发展区域调整地面压裂区域的平面区域及垂直高度方向的位置，综合确定地面压裂岩层的平面和剖面位置。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，与现有厚层、巨厚顶板距离煤层远，处理难度极大，投入成本高的技术方案相比，本实施例能够基于待分析的压裂区域信息，利用关键层理论计算出具有可压裂性的多个预地面压裂岩层，并根据计算出的多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定地面压裂目标岩层，
以便后续能够有效解决地面压裂厚层、巨厚顶板，而地面压裂目标岩层的准确确定是地面压裂成功与否的根本，是能否实现冲击地压动力灾害治理的基础，是最终保障矿井安全开采的前提。由于不同地区、不同矿井厚层、或者巨厚岩层赋存条件各异，充分考虑影响冲击地压的厚层顶板距离煤层的高度不同、致灾岩层属于单层或多层不确定、冲击地压主控岩层依靠单一方法或手段难以准确实现、开采影响、确定的主控岩层对含(隔)水层等影响不可忽视，才能有效避免地面压裂的保压问题，因此，合理、可靠的地面压裂区域卸压防冲的目标岩层确定方法能够保证地面压裂有效、顺利地实施，且达到解决冲击地压动力灾害难题的预期。
最后所应说明的是，本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的流程并不一定是实施本申请所必须的，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种地面压裂区域卸压防冲的目标岩层确定方法，其特征在于，包括：
步骤101、利用关键层理论，计算出具有可压裂性的多个预地面压裂岩层；
步骤102、根据所述多个预地面压裂岩层，利用岩层释放能量衰减特征计算出所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定地面压裂目标岩层；
步骤102具体包括：
所述利用岩层释放能量衰减特征计算出所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，包括：
对所述多个预地面压裂岩层进行弯曲能量计算，得到所述多个预地面压裂岩层的岩层释放能量；
根据所述多个预地面压裂岩层的岩层释放能量，计算出所述多个预地面压裂岩层的岩层释放能量传递至工作面煤层的剩余能量；
通过比较所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，将剩余能量最大的预地面压裂岩层确定为地面压裂目标岩层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定地面压裂目标岩层的步骤之后，对确定的所述地面压裂目标岩层进行验证，具体包括：
获取岩层中用于表征围岩活动的不同能量等级的微震事件；
根据所述不同能量等级的微震事件分析用于表征围岩活动是否主要发生在顶板岩层；
若是，分析大能量事件在所述顶板岩层分布的层位，确定大能量事件集中发生的层位为地面压裂目标岩层，并此地面压裂目标岩层与步骤102确定的地面压裂目标岩层进行比较，确定二者是否相符。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述不同能量等级的微震事件分析用于表征围岩活动是否主要发生在顶板岩层包括：
对于发生在顶板岩层，煤层及底板岩层的微震事件占比或能量大小分析；
当顶板岩层微震事件次数大于在底板岩层微震事件次数和/或煤层微震事件次数，或者顶板岩层微震事件能量大于在底板岩层微震事件和/或煤层微震事件的能量，则确定用于表征围岩活动主要发生在顶板岩层。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分析大能量事件在所述顶板岩层分布的层位，确定大能量事件集中发生的层位为目标岩层包括：
根据井上井下微震联合监测到的微震事件，按照监测到的微震事件能级水平，把最大能级的微震事件投影至顶板岩层，并将顶板岩层中最大能级的微震事件占比最大的岩层确定为地面压裂目标岩层。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分析大能量事件在顶板岩层分布的层位，确定大能量事件集中发生的层位为地面压裂目标岩层还包括：
当最大能级的微震事件发生数量不足以确定地面压裂目标岩层时，继续分析次最大能级事件直至能够确定大能量事件集中发生在的岩层层位，从而确定目标岩层；所述最大能级的微震事件发生数量不足是指微震事件在不同岩性均具有分布，且分布各岩层对比差异小。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多个预地面压裂岩层传递至工作面煤层的剩余能量，确定地面压裂目标岩层的步骤之后，还包括：
根据计算得到的岩层移动边界角，确定采空区裂隙带的侧向发展区域；
根据所确定的采空区裂隙带的侧向发展区域，得到地面压裂待确定区域。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：
获取所述地面压裂待确定区域的平面区域及垂直高度和井下卸压工程的平面区域及垂直高度；
根据所述地面压裂待确定区域的平面区域及垂直高度和井下卸压工程的平面区域及垂直高度，得到地面压裂区域。
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