一种含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法技术

本申请实施例公开一种含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法，涉及煤炭开采技术领域，为便于提高煤炭资源的回收率而发明专利技术。所述方法，包括：获取工作面主采煤层与含水层之间覆岩的结构特征；根据所述覆岩的结构特征，确定所述覆岩的覆岩类型和控裂关键层分布位置；预测预裂前主采煤层的覆岩破坏高度；基于预测的所述覆岩破坏高度，结合主采煤层与含水层的空间关系，确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度；在导水裂缝带控制高度范围内，确定预裂弱化目标层位及预裂弱化范围；采用水力压裂方式，在确定的预裂弱化范围内，对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作。本申请实施例适用于预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作。

【技术实现步骤摘要】
一种含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法
本申请涉及煤炭开采
，尤其涉及一种含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法。
技术介绍
煤炭在我国一次能源生产和消费结构中长期占比60％以上，我国煤矿地质采矿条件及水文地质条件千差万别、复杂多变，水体类型千奇百态，水体压煤现状错综复杂。据不完全统计，我国受水害威胁的煤炭储量约占探明储量的27％，水害防控问题目益突出，而覆岩破坏发育高度是进行水体安全煤(岩)柱留设、疏放水钻孔设计、保水采煤方案设计、防治水措施制定的关键参数，是解决煤炭资源开发与安全和灾害预防三者矛盾的重要基础，对于煤矿安全生产、地表建构筑物防护、水资源保护都具有极其重要的意义。因此，如何主动有效控制和降低覆岩破坏高度成为解决水害防治的关键。目前对覆岩破坏的控制主要从采法、采厚、工作面设计等方面，采取限厚开采、条带开采、充填开采、缩小工作面长度等方法控制采动影响，以降低覆岩破坏高度，但是这些覆岩破坏控制方法以牺牲回采率、开采效率为代价，导致煤炭资源回收率较低。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供一种含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法，便于提高煤炭资源的回收率。本申请实施例的含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法，包括：获取工作面主采煤层与含水层之间覆岩的结构特征；根据所述覆岩的结构特征，确定所述覆岩的覆岩类型和控裂关键层分布位置；预测预裂前主采煤层的覆岩破坏高度；基于预测的所述覆岩破坏高度，结合主采煤层与含水层的空间关系，确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度；在所述导水裂缝带控制高度范围内，确定预裂弱化目标层位及预裂弱化范围；采用水力压裂方式，在确定的预裂弱化范围内，对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作。根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述根据所述覆岩的结构特征，确定所述覆岩的覆岩类型和控裂关键层分布位置，包括：根据所述覆岩的结构特征，确定所述覆岩的覆岩类型；如果确定的覆岩类型为中硬或者坚硬类型，则进一步确定单层硬质岩层厚度与分布位置，根据单层硬质岩层厚度与分布位置，确定控裂关键层分布位置。根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述预测预裂前主采煤层的覆岩破坏高度，包括：根据确定的覆岩类型和主采煤层厚度，确定全煤厚开采垮落带和导水裂缝带发育高度。根据本申请实施例的一种具体实现方式，基于预测的所述覆岩破坏高度，结合主采煤层与含水层的空间关系，确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度，包括：按照如下公式确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度Hli新：Hli新≤Hsh-Hb；式中，Hb为在含水层底界往下预留的保护层厚度；Hsh为需留设的防水煤岩柱高度。根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述在所述导水裂缝带控制高度范围内，确定预裂弱化目标层位，包括：在所述导水裂缝带控制高度和采动影响范围之内，结合所述控裂关键层分布位置，选定其中的一层或多层作为预裂弱化目标层位。根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述在所述导水裂缝带控制高度范围内，确定预裂弱化范围，包括：在所述导水裂缝带控制高度范围内，结合采动影响范围，确定预裂弱化范围。根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述采用水力压裂方式，在确定的预裂弱化范围内，对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作，包括：根据确定的所述预裂弱化目标层位，结合矿井采掘规划与布局，选择确定相应的压裂技术和工艺参数；根据确定的压裂技术和工艺参数，在确定的预裂弱化范围内，对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作。根据本申请实施例的一种具体实现方式，在对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作过程中，所述方法还包括：通过钻孔窥视和微震监测技术，对目标层位水力压裂效果进行监测。根据本申请实施例的一种具体实现方式，通过钻孔冲洗液漏失量观测和微地震监测技术，对工作面回采后导水裂缝带高度和形态进行监测；根据所述导水裂缝带高度和形态，再结合含水层水位变化、涌水量及矿压数据，综合评价覆岩弱化止裂效果。本申请实施例提供的含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法，通过获取工作面主采煤层与含水层之间覆岩的结构特征，再根据覆岩的结构特征，确定覆岩的覆岩类型和控裂关键层分布位置，预测预裂前主采煤层的覆岩破坏高度，基于预测的所述覆岩破坏高度，结合主采煤层与含水层的空间关系，确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度，在导水裂缝带控制高度范围内，确定预裂弱化目标层位及预裂弱化范围，采用水力压裂方式，在确定的预裂弱化范围内，对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作，从而，控制采动裂隙向上发展，减少采动对覆岩含水层的扰动范围，通过本实施例的控制导水裂缝带高度的方法的实施，便于提高水体下压覆煤炭资源的回收率。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本申请一实施例提供的含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法的流程示意图；图2为本申请一实施例中，确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度的示意图；图3为本申请一实施例中，顶板含水层即控裂关键层分布示意图；图4为本申请一实施例中，低位岩层井下巷道定向水力压裂示意图；图5为本申请一实施例中，中、高位岩层地面垂直井水力预裂示意图；图6为本申请一实施例中，中、高位岩层地面L井水力预裂示意图；图7为本申请又一实施例提供的含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。如
技术介绍
所言，煤炭在我国一次能源生产和消费结构中长期占比60％以上，2019年共生产煤炭38.5亿吨，对我国经济发展具有重大作用。但是我国煤矿地质采矿条件及水文地质条件千差万别、复杂多变，水体类型千奇百态，水体压煤现状错综复杂。据不完全统计，我国受水害威胁的煤炭储量约占探明储量的27％，我国重点煤矿受水威胁的煤炭储量约250亿吨，其中水体下压煤储量近百亿吨。随着煤炭科学技术水平的不断进步、煤炭开采装备的不断发展、煤炭开采深度、厚度和规模的逐渐增大，大采高、快速推进及综放等高强度开采技术的发展，深部矿井、高强度开采、西部特殊地质条件等使得煤矿水害发生机理日趋复杂，尤其未来我国80％以上的煤炭生产将集中在晋、陕、蒙、新等黄河流域的大型矿井，该区域由于具有“埋深大、煤层厚、强动压、受巨厚含水层突水威胁大”的特点，使得水害防控问题日益突出，而且该区域属于生态环境脆弱地区，水资源保护尤为重要。覆岩破本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法，其特征在于，包括：/n获取工作面主采煤层与含水层之间覆岩的结构特征；/n根据所述覆岩的结构特征，确定所述覆岩的覆岩类型和控裂关键层分布位置；/n预测预裂前主采煤层的覆岩破坏高度；/n基于预测的所述覆岩破坏高度，结合主采煤层与含水层的空间关系，确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度；/n在所述导水裂缝带控制高度范围内，确定预裂弱化目标层位及预裂弱化范围；/n采用水力压裂方式，在确定的预裂弱化范围内，对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作。/n

【技术特征摘要】
1.一种含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法，其特征在于，包括：
获取工作面主采煤层与含水层之间覆岩的结构特征；
根据所述覆岩的结构特征，确定所述覆岩的覆岩类型和控裂关键层分布位置；
预测预裂前主采煤层的覆岩破坏高度；
基于预测的所述覆岩破坏高度，结合主采煤层与含水层的空间关系，确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度；
在所述导水裂缝带控制高度范围内，确定预裂弱化目标层位及预裂弱化范围；
采用水力压裂方式，在确定的预裂弱化范围内，对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述覆岩的结构特征，确定所述覆岩的覆岩类型和控裂关键层分布位置，包括：
根据所述覆岩的结构特征，确定所述覆岩的覆岩类型；
如果确定的覆岩类型为中硬或者坚硬类型，则进一步确定单层硬质岩层厚度与分布位置，根据单层硬质岩层厚度与分布位置，确定控裂关键层分布位置。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测预裂前主采煤层的覆岩破坏高度，包括：
根据确定的覆岩类型和主采煤层厚度，确定全煤厚开采垮落带和导水裂缝带发育高度。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于预测的所述覆岩破坏高度，结合主采煤层与含水层的空间关系，确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度，包括：
按照如下公式确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度Hli新：
Hli新≤Hsh-Hb；
式中，Hb为在含水层底界...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉军，宋业杰，冯彦军，陈佩佩，高超，樊振丽，范淑敏，张风达，张志巍，赵秋阳，李友伟，
申请(专利权)人：中煤科工开采研究院有限公司，天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11