CN115288681A - 一种煤矿顶板区域压裂源头防治冲击地压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿顶板区域压裂源头防治冲击地压方法，包括：确定顶板压裂目标层及位置，其中顶板压裂目标层包括开拓大巷顶板、准备大巷顶板和回采工作面顶板；开拓大巷顶板的压裂及掘进；准备大巷顶板的压裂及掘进；回采工作面顶板的压裂、掘进及回采。本发明公开的一种煤矿顶板区域压裂源头防治冲击地压方法，从源头上主动、超前降低巷道待掘进、回采区域原岩应力及构造应力水平，在顶板压裂能覆盖的范围进行巷道掘进及工作面回采，巷道掘进及工作面回采期间均处于低应力区，属于被保护状态，从而在低应力区域实现巷道安全掘进、工作面安全回采，涉及开拓、准备、回采全过程，实现源头防治冲击地压。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤矿顶板区域压裂源头防治冲击地压方法。
背景技术
我国80％矿区冲击地压发生与煤层上覆的坚硬顶板密切相关，当悬而不垮时提供静载荷，当突然破断时提供动载荷。冲击地压多发生在采掘工作面局部卸压防治过程中，施工人员暴露在冲击危险空间，发生冲击地压时势必造成人员伤亡。目前，冲击地压发生难以实现精准预测、预报，但是诱发冲击地压的动、静载荷源能够做到准确空间定位。
巷道掘进、工作面回采前，以提供冲击启动力源的厚硬顶板为靶点，针对待掘进、回采区域煤层的顶板开展地面区域压裂，涉及开拓、准备、回采全过程，“先压后掘”，“先压后采”，人造解放层，超前降低巷道待掘进、回采区域原岩应力及构造应力水平，使得巷道待掘进、回采区域处于卸压保护带，以实现源头防治冲击地压方法。目前现有局部卸压措施难以有效消除冲击灾害的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿顶板区域压裂源头防治冲击地压方法，用以解决煤矿冲击地压灾害形式严峻、局部卸压措施难以有效消除冲击灾害的问题。
本发明公开了一种冲煤矿顶板区域压裂源头防治冲击地压方法，包括：
确定顶板压裂目标层及位置，其中顶板压裂目标层包括开拓大巷顶板、准备大巷顶板和回采工作面顶板；
开拓大巷顶板的压裂及掘进；
准备大巷顶板的压裂及掘进；
回采工作面顶板的压裂、掘进及回采。
优选地，所述确定顶板压裂目标层及位置包括以下步骤：
根据巷道、工作面布置情况及钻孔柱状图，确定开拓大巷、准备大巷、回采工作面的上覆厚硬顶板作为压裂区域；
在开拓大巷的区域和准备大巷的区域的上方设置厚硬顶板分别形成开拓大巷顶板和准备大巷顶板，所述开拓大巷顶板和所述准备大巷顶板作为巷道待掘进区域的顶板压裂目标层位，所述巷道待掘进区域的顶板压裂目标层位为煤层上方40m、厚度10m的砂岩层；在待回采区域上方设置厚硬顶板形成回采工作面顶板，所述回采工作面顶板作为工作面顶板压裂目标层，所述工作面顶板压裂目标层位为煤层上方50m、厚度10m的砂岩层。
优选地，所述开拓大巷顶板的压裂及掘进包括以下步骤：
根据开拓大巷的设计间距和长度，确定开拓大巷顶板的地面水平井布置及走向；
设计开拓大巷顶板的压裂范围，确保开拓大巷顶板的压裂范围能够覆盖开拓大巷的掘进区域，以避免存在预裂盲区；
对开拓大巷区域上方的顶板实施地面水力压裂，直至产生压裂裂缝，开展井筒施工，再于开拓大巷顶板的压裂范围掘进开拓大巷。
优选地，所述准备大巷顶板的压裂及掘进包括以下步骤：
根据准备大巷的设计间距和长度，确定准备大巷顶板的地面水平井布置及走向；
设计准备大巷顶板的压裂范围，确保准备大巷顶板的压裂范围能够覆盖准备大巷的掘进区域，以避免存在预裂盲区；
准备大巷区域上方的顶板实施地面水力压裂，直至产生压裂裂缝，再于准备大巷顶板的压裂范围掘进准备大巷。
优选地，所述回采工作面顶板的压裂、掘进及回采包括以下步骤：
根据回采工作面的设计走向长度和倾向长度，确定回采工作面顶板的地面水平井布置及走向；
设计回采工作面顶板的压裂范围，确保回采工作面顶板的压裂范围能够覆盖回采工作面的回采区域，以避免存在预裂盲区。
对回采工作面区域上方的顶板实施地面水力压裂，直至产生压裂裂缝，再于回采工作面顶板的压裂范围掘进回采工作面，并进行回采。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明一种煤矿顶板区域压裂源头防治冲击地压方法，通过采用地面水力压裂对开拓大巷、准备大巷和回采工作面所在区域上方的顶板区域实施预裂，使掘进巷道和回采工作面上覆的厚硬顶板整体弱化，从源头上主动、超前降低巷道待掘进、回采区域原岩应力及构造应力水平，在顶板压裂能覆盖的范围进行巷道掘进及工作面回采，巷道掘进及工作面回采期间均处于低应力区，属于被保护状态，从而在低应力区域实现巷道安全掘进、工作面安全回采，涉及开拓、准备、回采全过程，实现源头防治冲击地压。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的开拓大巷掘进前的开拓大巷顶板压裂的示意图；
图2为本发明实施例1提供的准备大巷掘进前的准备大巷顶板压裂的示意图；
图3为本发明实施例1提供的回采工作面回采前的回采工作面顶板压裂的示意图。
附图标记说明：1-井筒，2-开拓大巷，3-准备大巷，4-回采工作面，
50-压裂裂缝，51-开拓大巷顶板，52-准备大巷顶板，53-回采工作面顶板。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明公开了一种煤矿顶板区域压裂源头防治冲击地压方法，由于冲击地压防治往往处于被动状态，为了解决煤矿冲击地压灾害形式严峻、局部卸压措施难以有效消除冲击灾害的问题，对开拓大巷、准备大巷和回采工作面上覆厚硬顶板实施地面水力压裂，使掘进巷道及回采工作面4上覆厚硬顶板得到整体弱化，从源头上主动、超前降低巷道待掘进和回采区域的原岩应力及构造应力水平，使之成为低应力区域，从而实现开拓大巷2和准备大巷3的安全掘进、回采工作面4的安全回采，实现源头防治冲击地压。
实施例1
实施例1提供一种煤矿顶板区域压裂源头防治冲击地压方法，包括以下步骤：
步骤A：确定顶板压裂目标层及位置，其中顶板压裂目标层包括开拓大巷顶板51、准备大巷顶板52和回采工作面顶板53；
步骤A1：根据巷道、工作面布置情况及钻孔柱状图，确定开拓大巷2、准备大巷3、回采工作面4的上覆厚硬顶板作为压裂区域；
具体地，参考图1至图3，开拓大巷2的区域位于井筒1下方，并横向穿过井筒1，开拓大巷2的区域与回采工作面4的区域通过准备大巷3的区域连通。
其中，开拓大巷2的区域包括三条平行的开拓大巷2，相邻开拓大巷2之间的间距为40m，每条开拓大巷2设计长度为4000m；
准备大巷3的区域包括三条平行的准备大巷3，相邻准备大巷3之间的间距为35m，每条准备大巷3的设计长度为3000m；
开拓大巷2的区域和准备大巷3的区域为巷道待掘进区域；
回采工作面4的倾向长度200m，走向长度2000m；
回采工作面4的区域为待回采区域。
步骤A2：在开拓大巷2的区域和准备大巷3的区域的上方设置厚硬顶板分别形成开拓大巷顶板51和准备大巷顶板52，所述开拓大巷顶板51和所述准备大巷顶板52作为巷道待掘进区域的顶板压裂目标层位，所述巷道待掘进区域的顶板压裂目标层位为煤层上方40m、厚度10m的砂岩层；在待回采区域上方设置厚硬顶板形成回采工作面顶板53，所述回采工作面顶板53作为工作面顶板压裂目标层，所述工作面顶板压裂目标层位为煤层上方50m、厚度10m的砂岩层。
步骤B：开拓大巷顶板51的压裂及掘进，如图1所示；
步骤B1：根据开拓大巷2的设计间距和长度，确定开拓大巷顶板51的地面水平井布置及走向；
具体地，如确定地面水平井数量为4个，沿开拓大巷2走向方向布置。
步骤B2：设计开拓大巷顶板51的压裂范围，确保开拓大巷顶板51的压裂范围能够覆盖开拓大巷2的掘进区域，以避免存在预裂盲区；
步骤B3：对开拓大巷2区域上方的顶板实施压裂，直至产生压裂裂缝50，开展井筒1施工，再于开拓大巷顶板51的压裂范围掘进开拓大巷2。
步骤C：准备大巷顶板52的压裂及掘进，如图2所示：
步骤C1：根据准备大巷3的设计间距和长度，确定准备大巷顶板52的地面水平井布置及走向；
具体地，如确定地面水平井数量3个，沿准备大巷3走向方向布置。
步骤C2：设计准备大巷顶板52的压裂范围，确保准备大巷顶板52的压裂范围能够覆盖准备大巷3的掘进区域，以避免存在预裂盲区；
步骤C3：对准备大巷3区域上方的顶板实施压裂，直至产生压裂裂缝50，再于准备大巷顶板52的压裂范围掘进准备大巷3。
步骤D：回采工作面顶板53的压裂及回采，如图3所示：
步骤D1：根据回采工作面4的设计走向长度和倾向长度，确定回采工作面顶板53的地面水平井布置及走向；
具体地，如确定地面水平井数量2个，沿回采工作面4走向方向布置。
步骤D2：设计回采工作面顶板53的压裂范围，确保回采工作面顶板53的压裂范围能够覆盖回采工作面4的回采区域，以避免存在预裂盲区。
步骤D3：对回采工作面4区域上方的顶板实施压裂，直至产生压裂裂缝50，再于压裂覆盖范围掘进回采工作面4，并进行回采。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种煤矿顶板区域压裂源头防治冲击地压方法，其特征在于，包括：
确定顶板压裂目标层及位置，其中顶板压裂目标层包括开拓大巷顶板(51)、准备大巷顶板(52)和回采工作面顶板(53)；
开拓大巷顶板(51)的压裂及掘进；
准备大巷顶板(52)的压裂及掘进；
回采工作面顶板(53)的压裂、掘进及回采。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定顶板压裂目标层及位置包括以下步骤：
根据巷道、工作面布置情况及钻孔柱状图，确定开拓大巷(2)、准备大巷(3)、回采工作面(4)的上覆厚硬顶板作为压裂区域；
在开拓大巷(2)的区域和准备大巷(3)的区域的上方设置厚硬顶板分别形成开拓大巷顶板(51)和准备大巷顶板(52)，所述开拓大巷顶板(51)和所述准备大巷顶板(52)作为巷道待掘进区域的顶板压裂目标层位，所述巷道待掘进区域的顶板压裂目标层位为煤层上方40m、厚度10m的砂岩层；在待回采区域上方设置厚硬顶板形成回采工作面顶板(53)，所述回采工作面顶板(53)作为工作面顶板压裂目标层，所述工作面顶板压裂目标层位为煤层上方50m、厚度10m的砂岩层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开拓大巷顶板(51)的压裂及掘进包括以下步骤：
根据开拓大巷(2)的设计间距和长度，确定开拓大巷顶板(51)的地面水平井布置及走向；
设计开拓大巷顶板(51)的压裂范围，确保开拓大巷顶板(51)的压裂范围能够覆盖开拓大巷(2)的掘进区域，以避免存在预裂盲区；
对开拓大巷(2)区域上方的顶板实施地面水力压裂，直至产生压裂裂缝(50)，开展井筒(1)施工，再于开拓大巷顶板(51)的压裂范围掘进开拓大巷(2)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述准备大巷顶板(52)的压裂及掘进包括以下步骤：
根据准备大巷(3)的设计间距和长度，确定准备大巷顶板(52)的地面水平井布置及走向；
设计准备大巷顶板(52)的压裂范围，确保准备大巷顶板(52)的压裂范围能够覆盖准备大巷(3)的掘进区域，以避免存在预裂盲区；
准备大巷(3)区域上方的顶板实施地面水力压裂，直至产生压裂裂缝(50)，再于准备大巷顶板(52)的压裂范围掘进准备大巷(3)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回采工作面顶板(53)的压裂、掘进及回采包括以下步骤：
根据回采工作面(4)的设计走向长度和倾向长度，确定回采工作面顶板(53)的地面水平井布置及走向；
设计回采工作面顶板(53)的压裂范围，确保回采工作面顶板(53)的压裂范围能够覆盖回采工作面(4)的回采区域，以避免存在预裂盲区。
对回采工作面(4)区域上方的顶板实施地面水力压裂，直至产生压裂裂缝(50)，再于回采工作面顶板(53)的压裂范围掘进回采工作面(4)，并进行回采。
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