CN113404535A - 一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，包括以下步骤：确定采煤工作面覆岩关键层、地面水平井压裂层及井下顶板水力压裂层位；在地面施工L型水平井对地面水平井压裂层进行分段压裂；在采煤工作面回采前超前采煤工作面对井下顶板水力压裂层位进行水力压裂，使采煤工作面覆岩关键层下方所有岩层规则垮落。本发明一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，通过在地面施工L型水平井对直接跨落层上方坚硬厚岩层进行分段压裂，在井下巷道施工顶板水力压裂，使采煤工作面覆岩关键层下方所有岩层都能规则垮落，整体弱化坚硬顶板，减小岩层断裂所产生的动载，实现了从源头上治理冲击地压。

Description

一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法
技术领域
本发明属于采煤工作面冲击灾害防治方法技术领域，具体涉及一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法。
背景技术
冲击地压作为深部矿井煤炭开采面临的主要灾害之一，对矿井、人员造成了不可估量的损失。据统计冲击矿压事故多发生在巷道，其中半数以上又发生在工作面的超前两巷，在实际生产过程中，冲击灾害的发生多以顶板型为主，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，我国传统的顶板爆破预裂受井下巷道、装药方式等因素影响，很难对煤层顶板上方50m以上的坚硬顶板进行有效预裂，同时在井下巷道进行爆破，本身就具有一定的风险。因而如何安全、高效的对煤层上方坚硬顶板进行预裂，就成为解决采煤工作面冲击地压的关键因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，能够实现冲击地压矿井坚硬顶板超前、立体弱化，从源头上对冲击灾害进行控制。
本发明所采用的技术方案是：一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，包括以下步骤：
步骤1、确定采煤工作面覆岩关键层、地面水平井压裂层及井下顶板水力压裂层位；
步骤2、在地面施工L型水平井对地面水平井压裂层进行分段压裂；
步骤3、在采煤工作面回采前超前采煤工作面对井下顶板水力压裂层位进行水力压裂，使采煤工作面覆岩关键层下方所有岩层规则垮落。
本发明的特点还在于，
步骤1中根据矿井地质综合柱状图、微震事件震源位置、相邻回采工作面三带观测及关键层理论确定采煤工作面覆岩关键层及直接垮落层，进而确定采煤工作面覆岩关键层及直接垮落层之间的岩层为地面水平井压裂层，确定直接垮落层为井下顶板水力压裂层位。
步骤2具体包括以下步骤：
步骤2.1、施工立井段，完成后进行套筒，加固井口；
步骤2.2、立井施工至地面水平井压裂层上方30～100m处开始造斜；
步骤2.3、采用定向系统在地面水平井压裂层水平钻进，钻进到指定位置后退出钻杆；
步骤2.4、开始对水平段进行水力压裂，直至将地面水平井压裂层水平段全部压裂完成。
步骤2.4具体为：下放封隔器或桥塞，在两级封隔器或桥塞中注入高压水进行压裂，压裂整体采取后退式进行，压裂过程中不停注入裂隙支撑剂。
裂隙支撑剂为压裂液和细砂。
步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、从超前采煤工作面300m的巷道煤壁腰线以上部位对井下顶板水力压裂层位打设钻孔，倾角20°～50°；
步骤3.2、从钻孔底部逐步向孔口压裂，压裂间隔5m，根据微震事件的数量及震源位置，修改、调整井下顶板水力压裂孔深、水压及角度参数，维持压裂曲线压力稳定；
步骤3.3、确定井下水力压裂钻孔孔间距为工作面周期来压步距，重复步骤3.1～3.2直至压裂到采煤工作面停采线。
本发明的有益效果是：本发明一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，通过在地面施工L型水平井对直接跨落层上方坚硬厚岩层进行分段压裂，在井下巷道施工顶板水力压裂，使采煤工作面覆岩关键层下方所有岩层都能规则垮落，整体弱化坚硬顶板，减小岩层断裂所产生的动载，实现了从源头上治理冲击地压。
附图说明
图1是本发明一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法的实施状态图；
图2是图1的左视剖面图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，包括以下步骤：
步骤1、根据矿井地质综合柱状图、微震事件震源位置、相邻回采工作面三带观测及关键层理论确定采煤工作面覆岩关键层及直接垮落层，进而确定采煤工作面覆岩关键层及直接垮落层之间的坚硬厚岩层为地面水平井压裂层，确定直接垮落层为井下顶板水力压裂层位；
步骤2、在地面施工L型水平井对地面水平井压裂层进行分段压裂，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤2.1、施工立井段，完成后进行套筒，加固井口；
步骤2.2、立井施工至地面水平井压裂层上方30～100m处开始造斜；
步骤2.3、采用定向系统在地面水平井压裂层水平钻进，钻进到指定位置后退出钻杆；
步骤2.4、开始对水平段进行水力压裂，下放封隔器或桥塞，在两级封隔器或桥塞中注入高压水进行压裂，压裂整体采取后退式进行，压裂过程中不停注入压裂液和细砂等裂隙支撑剂，直至将地面水平井压裂层水平段全部压裂完成。
步骤3、在采煤工作面回采前超前采煤工作面对井下顶板水力压裂层位进行水力压裂，使采煤工作面覆岩关键层下方所有岩层规则垮落，具体包括以下步骤：
步骤3.1、如图2所示，从超前采煤工作面300m的巷道煤壁腰线以上部位对井下顶板水力压裂层位打设钻孔，倾角20°～50°，利于施工及排水、排渣；
步骤3.2、压裂次数根据顶板岩层的结构和岩层厚度确定，从钻孔底部逐步向孔口压裂，压裂间隔5m，根据微震事件的数量及震源位置，修改、调整井下顶板水力压裂孔深、水压及角度参数，维持压裂曲线压力稳定，当压裂曲线压力显著降低后，停止压裂作业；
步骤3.3、确定井下水力压裂钻孔孔间距为工作面周期来压步距，重复步骤3.1～3.2直至压裂到采煤工作面停采线。
通过上述方式，本发明一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法通过在地面施工L型水平井对直接跨落层上方坚硬厚岩层进行分段压裂，在井下巷道施工顶板水力压裂，使采煤工作面覆岩关键层下方所有岩层都能规则垮落，整体弱化坚硬顶板，减小岩层断裂所产生的动载，实现了从源头上治理冲击地压。具体以下特点：
1、本发明为冲击地压防治区域措施，卸压果明显，可以实现从源头上治理冲击地压；
2、井上下均采用水力压裂，安全性高；
3、压裂范围广，包括了采煤工作面关键层下方直接垮落层及坚硬厚岩层。

Claims (6)

1.一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、确定采煤工作面覆岩关键层、地面水平井压裂层及井下顶板水力压裂层位；
步骤2、在地面施工L型水平井对地面水平井压裂层进行分段压裂；
步骤3、在采煤工作面回采前超前采煤工作面对井下顶板水力压裂层位进行水力压裂，使采煤工作面覆岩关键层下方所有岩层规则垮落。
2.如权利要求1所述的一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，其特征在于，所述步骤1中根据矿井地质综合柱状图、微震事件震源位置、相邻回采工作面三带观测及关键层理论确定采煤工作面覆岩关键层及直接垮落层，进而确定采煤工作面覆岩关键层及直接垮落层之间的岩层为地面水平井压裂层，确定直接垮落层为井下顶板水力压裂层位。
3.如权利要求1所述的一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：
步骤2.1、施工立井段，完成后进行套筒，加固井口；
步骤2.2、立井施工至地面水平井压裂层上方30～100m处开始造斜；
步骤2.3、采用定向系统在地面水平井压裂层水平钻进，钻进到指定位置后退出钻杆；
步骤2.4、开始对水平段进行水力压裂，直至将地面水平井压裂层水平段全部压裂完成。
4.如权利要求3所述的一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，其特征在于，所述步骤2.4具体为：下放封隔器或桥塞，在两级封隔器或桥塞中注入高压水进行压裂，压裂整体采取后退式进行，压裂过程中不停注入裂隙支撑剂。
5.如权利要求4所述的一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，其特征在于，所述裂隙支撑剂为压裂液和细砂。
6.如权利要求1所述的一种煤矿井上下水力压裂防治冲击地压的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3.1、从超前采煤工作面300m的巷道煤壁腰线以上部位对井下顶板水力压裂层位打设钻孔，倾角20°～50°；
步骤3.2、从钻孔底部逐步向孔口压裂，压裂间隔5m，根据微震事件的数量及震源位置，修改、调整井下顶板水力压裂孔深、水压及角度参数，维持压裂曲线压力稳定；
步骤3.3、确定井下水力压裂钻孔孔间距为工作面周期来压步距，重复步骤3.1～3.2直至压裂到采煤工作面停采线。
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