CN114856564A - 一种冲击地压煤层巷道防冲卸压掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冲击地压煤层巷道防冲卸压掘进方法，包括：在煤层巷道的待掘进区域确定符合预设条件的压裂目标层位，依据压裂目标层位的层数确定定向钻孔的数量；在煤层巷道中设置钻场，从钻场开始向压裂目标层位施工定向钻孔，对施工完成的定向钻孔进行压裂；继续掘进煤层巷道，若上覆顶板压裂覆盖范围的长度剩余预设长度，再次设置钻场，从再次设置的钻场开始向压裂目标层位施工定向钻孔，且对施工完成的定向钻孔进行压裂。本发明针对待掘进区域可以一次性、大范围、连续性的对巷道上覆厚硬顶板进行压裂卸压，区域性超前降低巷道待掘进区域原岩应力及构造应力水平，使得巷道待掘进区域处于卸压保护带。

Description

一种冲击地压煤层巷道防冲卸压掘进方法

技术领域

本发明涉及煤矿安全开采技术领域，特别是一种冲击地压煤层巷道防冲卸压掘进方法。

背景技术

随着我国煤矿进入深部开采，原岩应力处于较高水平，且井田范围内多分布褶曲、断层等构造，原岩应力叠加构造应力形成高集中应力基础，巷道掘进过程中，再次叠加支承压力形成超高应力集中，从而诱发冲击地压。

掘进巷道卸压通常采取煤层爆破及大直径钻孔等局部卸压措施，一方面掘进工作面区域集中布置有大型机械、施工机具及支护材料等，卸压空间有限，常规卸压措施滞后，造成掘进工作面及后方一定距离的帮部存在卸压盲区；另一方面常规局部卸压措施卸压范围有限，巷道掘进过程中往往需要多轮卸压，卸压效率低。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的冲击地压煤层巷道防冲卸压掘进方法，能够区域性超前降低巷道待掘进区域原岩应力及构造应力水平，使得巷道待掘进区域处于卸压保护带，有效降低了冲击地压煤层巷道掘进期间冲击地压发生的可能。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种冲击地压煤层巷道防冲卸压掘进方法，包括：

在煤层巷道的待掘进区域确定符合预设条件的压裂目标层位，依据所述压裂目标层位的层数确定定向钻孔的数量；

在所述煤层巷道中设置钻场，从所述钻场开始向压裂目标层位施工所述定向钻孔，对施工完成的定向钻孔进行压裂；

继续掘进煤层巷道，若上覆顶板压裂覆盖范围的长度剩余预设长度，再次设置钻场，从再次设置的钻场开始向压裂目标层位施工定向钻孔，且对施工完成的定向钻孔进行压裂。

可选地，在煤层巷道的待掘进区域确定符合预设条件的压裂目标层位，包括：

依据钻孔柱状图在煤层巷道的待掘进区域确定预设高度范围内厚度大于指定厚度的岩层作为压裂目标层位。

可选地，所述指定厚度的岩层为指定厚度的厚硬砂岩层。

可选地，在所述煤层巷道中设置钻场，从所述钻场开始向压裂目标层位施工所述定向钻孔，包括：

依据最高位置处的压裂目标层位的高度，在所述煤层巷道中距待掘进巷道预设距离位置设置钻场；

从所述钻场开始向压裂目标层位施工所述定向钻孔，使待掘进巷道处于所述定向钻孔水平段的水平投影区域；

其中，一层压裂目标层位对应施工一个定向钻孔。

可选地，若所述定向钻孔包含至少两个，在所述煤层巷道中设置钻场，从所述钻场开始向压裂目标层位施工所述定向钻孔，对施工完成的定向钻孔进行压裂，包括：

在所述煤层巷道中设置钻场，设置压裂目标层位施工定向钻孔及进行压裂的顺序；

从所述钻场开始向第一压裂目标层位施工第一定向钻孔，对施工完成的第一定向钻孔进行压裂；

从所述钻场开始向第二个压裂目标层位施工第二定向钻孔，对施工完成的第二定向钻孔进行压裂，直到对所有压裂目标层位施工完成定向钻孔并压裂完成。

可选地，对施工完成的定向钻孔进行压裂，包括：

对施工完成的定向钻孔的水平段分段注入高压水，对所述定向钻孔的水平段分段进行分段水力压裂。

可选地，对施工完成的定向钻孔的水平段分段注入高压水，对所述定向钻孔的水平段分段进行分段水力压裂，包括：

将封隔器送入定向钻孔的孔底方向，向所述封隔器封隔的孔段注入高压水实施水力压裂；

将所述封隔器后退至指定距离的下一位置，并向所述封隔器当前封隔的孔段注入高压水实施水力压裂，直到所述封隔器后退的下一位置超出所述定向钻孔的水平段。

本发明实施例首先在煤层巷道的待掘进区域确定符合预设条件的压裂目标层位，并依据压裂目标层位的层数确定定向钻孔的数量后，然后在煤层巷道中设置钻场，从钻场开始向压裂目标层位施工定向钻孔，对施工完成的定向钻孔进行压裂，进而继续掘进煤层巷道，若上覆顶板压裂覆盖范围的长度剩余预设长度，再次设置钻场，从再次设置的钻场开始向压裂目标层位施工定向钻孔，且对施工完成的定向钻孔进行压裂。由此，本发明实施例针对待掘进区域可以一次性采用定向钻孔大范围对巷道上覆厚硬顶板进行压裂卸压，而且，通过循环执行设置钻场、施工定向钻孔、对定向钻孔进行压裂，可以对巷道上覆厚硬顶板进行连续性的预裂，区域性超前降低巷道待掘进区域原岩应力及构造应力水平，使得巷道待掘进区域处于卸压保护带，有效降低了冲击地压煤层巷道掘进期间冲击地压发生的可能。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明一实施例的冲击地压煤层巷道防冲卸压掘进方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明一实施例的待掘进巷道上覆厚硬岩层的定向钻孔及定向钻孔压裂示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的待掘进巷道上覆厚硬岩层定向钻孔及定向钻孔压裂剖面示意图；

图中：1：已掘进巷道；2：钻场；3：定向钻孔；4：孔段压裂点；5：待掘进巷道；6：压裂裂缝。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种冲击地压煤层巷道防冲卸压掘进方法，图1示出了根据本发明一实施例的冲击地压煤层巷道防冲卸压掘进方法的流程示意图。参见图1，冲击地压煤层巷道防冲卸压掘进方法包括如下步骤S102至步骤S106。

步骤S102，在煤层巷道的待掘进区域确定符合预设条件的压裂目标层位，依据压裂目标层位的层数确定定向钻孔的数量。

步骤S104，在煤层巷道中设置钻场，从钻场开始向压裂目标层位施工定向钻孔，对施工完成的定向钻孔进行压裂。

步骤S106，继续掘进煤层巷道，若上覆顶板压裂覆盖范围的长度剩余预设长度，再次设置钻场，从再次设置的钻场开始向压裂目标层位施工定向钻孔，且对施工完成的定向钻孔进行压裂。

本发明实施例针对待掘进区域可以一次性采用定向钻孔大范围对巷道上覆厚硬顶板进行压裂卸压，而且，通过循环执行设置钻场、施工定向钻孔、对定向钻孔进行压裂，可以对巷道上覆厚硬顶板进行连续性的预裂，区域性超前降低巷道待掘进区域原岩应力及构造应力水平，降低诱发冲击启动的动静载荷源，提高冲击地压发生门槛，使得巷道待掘进区域处于卸压保护带。冲击地压煤层巷道上覆厚硬顶板压裂后，在压裂覆盖范围掘进巷道及巷道使用期间均处于低应力区，掘进巷道及巷道中的工作人员可处于被有效的保护状态，降低了冲击地压煤层巷道掘进期间冲击地压发生的可能。

在本发明一实施例中，由于钻孔柱状图中描述了钻孔穿过岩层的层性、厚度、岩性、结构构造和接触关系、地下水取样和试验、钻孔结构和钻进等情况，可以作为分析煤矿地质条件的重要依据，因此，本发明实施例可以依据钻孔柱状图确定煤层上方的压裂目标层位。

具体的，执行步骤S102在煤层巷道的待掘进区域确定符合预设条件的压裂目标层位的过程中，可以依据钻孔柱状图在煤层巷道的待掘进区域确定预设高度范围内厚度大于指定厚度的岩层作为压裂目标层位。例如，可以根据钻孔柱状图在煤层巷道的待掘进区域确定煤层上方高度在40m范围内且厚度大于8m的岩层作为压裂目标层位。

本发明实施例中，高度在40m范围内且厚度大于8m的岩层可以是厚硬砂岩层。参见图2和图3，在某煤矿中，煤层上方的细粒砂岩层的厚度为10.2m，粉砂岩层的厚度为11m，两者的厚度均大于8m，且距离煤层的高度在40m范围内，由此，该实施例的压裂目标层位有两个，分别是细粒砂岩层和粉砂岩层。

通常情况下，一层压裂目标层位可以对应施工一个定向钻孔，若压裂目标层位包含两层，那么施工两个定向钻孔，若压裂目标层位包含三层，那么施工三个定向钻孔，每个压裂目标层位施工一个定向钻孔。

参见步骤S104，在本发明一实施例中，在煤层巷道(如已掘进巷道1)中设置钻场2，从钻场2开始向压裂目标层位施工定向钻孔的具体过程如下：

首先，依据最高位置处的压裂目标层位的高度，在煤层巷道中距待掘进巷道5预设距离位置设置钻场2。

在该实施例中，依据最高位置处的压裂目标层位的高度指的是最上方的压裂目标层位。例如，若压裂目标层位只有一个，则依据该压裂目标层位的高度在煤层巷道中距待掘进巷道5预设距离位置选择钻场2位置，并设置钻场2。若压裂目标层位包含至少两个，那么，位于最上方的一个压裂目标层位是最高位置处的压裂目标层位，测量出最高位置处的压裂目标层高度后，依据最高位置处的压裂目标层高度选择钻场2的位置，并设置钻场2。

该实施例中，依据最高位置处的压裂目标层位的高度在煤层巷道中选择距待掘进巷道5预设距离的位置作为钻场2位置时，其选择标准是可以确保待掘进巷道区域处于定向钻孔3的水平段水平投影区域，使得待掘进巷道区域处于顶板压裂覆盖范围。为了满足选择标准，对于不同的压裂目标层位高度，所设置的钻场2位置也会不同。例如，对于图2所示的细粒砂岩层的高度，可以设置预设距离为100m，当然，也可以是其他距离，该实施例可以有效避免位于待掘进巷道区域上方的定向钻孔3为造斜段，防止造成压裂盲区。

然后，从钻场2开始向压裂目标层位施工定向钻孔3，使待掘进巷道5处于定向钻孔3水平段的水平投影区域。

本发明实施例施工定向钻孔3的过程中，将定向钻孔3的水平段位于待掘进巷道区域的正上方，例如，可以在一次施工定向钻孔3时，施工定向钻孔3的水平段长度为600-1000m。从而后续对待掘进区域可以一次性采用定向长孔大范围地对巷道上覆厚硬顶板进行压裂卸压。

在该实施例中，若压裂目标层位包含至少两个，且对应的定向钻孔也包含至少两个(如图2中的定向钻孔3和3’)，那么从同一钻场2开始向各个压裂目标层位分别施工各定向钻孔3，以使得一个压裂目标层位施工一个定向钻孔3。

结合图2和图3，压裂目标层位分别为煤层上方厚度为10.2m的细粒砂岩层，厚度为11m的粉砂岩层，本发明实施例可以从钻场2开始向细粒砂岩层中位于煤层上方22m位置处施工定向钻孔3，并从钻场2开始向粉砂岩层中位于煤层上方40m位置处施工定向钻孔3’。

在本发明一实施例中，若定向钻孔包含至少两个，在执行步骤S104从钻场2开始向压裂目标层位分别施工定向钻孔，对施工完成的定向钻孔进行压裂的过程中，还可以先设置压裂目标层位施工定向钻孔及进行压裂的顺序。然后，从钻场2开始向第一压裂目标层位施工第一定向钻孔(如定向钻孔3’)，并对施工完成的第一定向钻孔进行压裂。然后，从钻场2开始向第二个压裂目标层位施工第二定向钻孔(如定向钻孔3)，对施工完成的第二定向钻孔进行压裂，直到对所有压裂目标层位施工完成定向钻孔并压裂完成。

由此，本发明实施例通过对不同压裂目标层位施工定向钻孔的施工顺序和压裂顺序进行设置，可以依据设置的顺序依次对各个压裂目标层位进行压裂，避免对各个定向钻孔施工产生干扰。

在本发明实施例中，对施工完成的定向钻孔进行压裂的方式可以采用水力压裂方式，即对施工完成的定向钻孔的水平段分段注入高压水，从而对定向钻孔的水平段分段进行分段水力压裂。在一可选实施例中，对施工完成的定向钻孔的水平段分段注入高压水，对定向钻孔的水平段分段进行分段水力压裂的方式具体可以是：

首先，将封隔器送入定向钻孔的孔底方向，向封隔器封隔的孔段注入高压水实施水力压裂；

然后，将封隔器后退至指定距离的下一位置，并向封隔器当前封隔的孔段注入高压水实施水力压裂，直到封隔器后退的下一位置超出定向钻孔的水平段。

该实施例的指定距离可以是15m，即每次压力的孔段长度约为15m。对于从一个钻场2开始向多个压裂目标层位施工多个定向钻孔的情况，可以依次完成各个定向钻孔的钻进和压裂工作。

该实施例中，高压水对定向钻孔内部施加高压，从一个孔段压裂点4开始向定向钻孔四周延伸形成压裂裂缝6，以实现对定向钻孔四周岩石的压裂。

在参见上文步骤S106，在本发明一实施例中，若上覆顶板压裂覆盖范围的长度剩余预设长度，再次设置钻场，从再次设置的钻场开始向压裂目标层位施工定向钻孔，且对施工完成的定向钻孔进行压裂。

在施工完成定向钻孔，并通过定向钻孔对待掘进巷道上覆厚硬顶板水力压裂实施完毕后，开展冲击地压煤层巷道掘进，当上覆顶板压裂覆盖范围的长度剩余一定距离(如剩余100m)时，再次设置钻场并向压裂目标层位施工定向钻孔，通过再次施工的定向钻孔对巷道待掘进区域上覆厚硬顶板未开展水力压裂区域实施预裂，依次类推，循环执行设置钻场、施工定向钻孔、对定向钻孔进行压裂的过程，直至巷道掘进完毕，从而保证巷道掘进过程均处于上覆顶板压裂覆盖范围。

由此，本发明实施例可以在待掘进巷道上覆厚硬顶板预裂后，在压裂覆盖范围进行掘进，使得工作面掘进及使用期间均处于低应力区，避免应力集中造成冲击危险性升高。

本发明实施例通过对冲击地压煤层待掘进巷道上覆厚硬顶板进行区域预裂，实现厚硬顶板向碎裂化顶板改造，大幅降低了巷道掘进期间应力集中程度，可以在压裂覆盖范围的低应力区域实现巷道顺利掘进，使得工作面掘进及使用期间均处于被保护状态，从而有效降低冲击危险性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种冲击地压煤层巷道防冲卸压掘进方法，其特征在于，包括：

在煤层巷道的待掘进区域确定符合预设条件的压裂目标层位，依据所述压裂目标层位的层数确定定向钻孔的数量；

在所述煤层巷道中设置钻场，从所述钻场开始向压裂目标层位施工所述定向钻孔，对施工完成的定向钻孔进行压裂；

继续掘进煤层巷道，若上覆顶板压裂覆盖范围的长度剩余预设长度，再次设置钻场，从再次设置的钻场开始向压裂目标层位施工定向钻孔，且对施工完成的定向钻孔进行压裂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在煤层巷道的待掘进区域确定符合预设条件的压裂目标层位，包括：

依据钻孔柱状图在煤层巷道的待掘进区域确定预设高度范围内厚度大于指定厚度的岩层作为压裂目标层位。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述指定厚度的岩层为指定厚度的厚硬砂岩层。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述煤层巷道中设置钻场，从所述钻场开始向压裂目标层位施工所述定向钻孔，包括：

依据最高位置处的压裂目标层位的高度，在所述煤层巷道中距待掘进巷道预设距离位置设置钻场；

从所述钻场开始向压裂目标层位施工所述定向钻孔，使待掘进巷道处于所述定向钻孔水平段的水平投影区域；

其中，一层压裂目标层位对应施工一个定向钻孔。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述定向钻孔包含至少两个，在所述煤层巷道中设置钻场，从所述钻场开始向压裂目标层位施工所述定向钻孔，对施工完成的定向钻孔进行压裂，包括：

在所述煤层巷道中设置钻场，设置压裂目标层位施工定向钻孔及进行压裂的顺序；

从所述钻场开始向第一压裂目标层位施工第一定向钻孔，对施工完成的第一定向钻孔进行压裂；

从所述钻场开始向第二个压裂目标层位施工第二定向钻孔，对施工完成的第二定向钻孔进行压裂，直到对所有压裂目标层位施工完成定向钻孔并压裂完成。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对施工完成的定向钻孔进行压裂，包括：

对施工完成的定向钻孔的水平段分段注入高压水，对所述定向钻孔的水平段分段进行分段水力压裂。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对施工完成的定向钻孔的水平段分段注入高压水，对所述定向钻孔的水平段分段进行分段水力压裂，包括：

将封隔器送入定向钻孔的孔底方向，向所述封隔器封隔的孔段注入高压水实施水力压裂；

将所述封隔器后退至指定距离的下一位置，并向所述封隔器当前封隔的孔段注入高压水实施水力压裂，直到所述封隔器后退的下一位置超出所述定向钻孔的水平段。

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