采空区水害与强矿压灾害协同治理方法技术

本发明专利技术提供一种采空区水害与强矿压灾害协同治理方法，包括如下步骤：获取上覆采空区的积水信息，积水信息包括积水位置；获取下伏煤层的影响治理层位；根据积水位置及影响治理层位，获取钻孔布置方式及朝向上覆采空区方向定向弱化岩体所需裂缝规模；根据钻孔布置方式在中间岩层施工钻孔；根据定向弱化岩体所需裂缝规模，获取冲击波参数信息；利用与冲击波参数信息对应的冲击波在钻孔内朝向上覆采空区方向定向弱化岩体；在钻孔内进行分段水力压裂，在中间岩层中形成弱化中间岩层的裂缝以及连通钻孔与上覆采空区的导水通道。本发明专利技术将强矿压灾害与采空区积水灾害同时治理，提高了治理效率，有利于下伏煤层的快速开采。

【技术实现步骤摘要】
采空区水害与强矿压灾害协同治理方法
本专利技术涉及煤矿施工
，具体涉及一种采空区水害与强矿压灾害协同治理方法。
技术介绍
在近距离煤层下层开采过程中，受上覆遗留煤柱影响，易出现大规模片帮底鼓、支架压死等强矿压灾害，且上覆采空区积水易形成水害，严重威胁矿井安全生产。现有技术中，针对遗留煤柱强矿压灾害影响，通常采取爆破方法将上覆遗留煤柱爆破，或是采取常规压裂方法，钻孔后在钻孔末端压裂岩体；针对采空区积水问题，常采用定向钻孔疏排水的方法，钻孔至采空区对积水进行排放。采空区水害与强矿压灾害分开治理，治理周期长，不利于下伏煤层的快速开采。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种采空区水害与强矿压灾害协同治理方法，根据上覆采空区的积水位置及下伏煤层的影响治理层位，确定钻孔布置方式，在钻孔内朝向上覆采空区方向定向弱化岩体，再进行分段水力压裂，形成弱化中间岩层的裂缝的同时，形成连通钻孔与上覆采空区的导水通道进行排水，从而克服现有技术的缺陷。本专利技术提供的采空区水害与强矿压灾害协同治理方法包括如下步骤：获取上覆采空区的积水信息，所述积水信息包括积水位置；获取下伏煤层的影响治理层位；根据所述积水位置及所述影响治理层位，获取钻孔布置方式及朝向所述上覆采空区方向定向弱化岩体所需裂缝规模；根据所述钻孔布置方式在中间岩层施工钻孔；根据所述定向弱化岩体所需裂缝规模，获取冲击波参数信息；利用与所述冲击波参数信息对应的冲击波在所述钻孔内朝向所述上覆采空区方向定向弱化岩体；在所述钻孔内进行分段水力压裂，在所述中间岩层中形成弱化所述中间岩层的裂缝以及连通所述钻孔与所述上覆采空区的导水通道。可选地，所述获取下伏煤层的影响治理层位步骤中，具体包括如下步骤：获取充满所述下伏煤层的采空区所需的岩层垮落高度；获取所述岩层垮落高度对应的地层岩性；所述钻孔布置方式包括垂向布置位置，所述岩层垮落高度和所述岩层垮落高度对应的地层岩性用于确定所述钻孔的垂向布置位置。可选地，所述钻孔布置方式还包括水平布置位置；所述钻孔的水平布置位置位于相邻所述积水位置之间的上覆遗留煤柱的水平投影内。可选地，所述获取充满所述下伏煤层的采空区所需的岩层垮落高度步骤中，根据以下公式计算所述岩层垮落高度h：h＝M/(Kp-1)；式中：M—下伏煤层的开采高度；Kp—岩石破碎后的碎胀系数。可选地，所述定向弱化岩体所需裂缝规模包括裂缝方向和裂缝长度；所述冲击波参数信息包括冲击波方向及冲击波能量，所述冲击波方向根据所述裂缝方向确定，所述冲击波能量根据所述裂缝长度确定。可选地，所述利用与所述冲击波参数信息对应的冲击波在所述钻孔内朝向所述上覆采空区方向定向弱化岩体步骤中，具体包括如下步骤：将冲击波发射器设置于所述钻孔内；将冲击波阻隔器设置于所述冲击波发射器周向，根据所述冲击波参数信息设置所述冲击波阻隔器的开口的大小和位置。可选地，所述利用与所述冲击波参数信息对应的冲击波在所述钻孔内朝向所述上覆采空区方向定向弱化岩体步骤中，具体包括如下步骤：将多个所述冲击波发射器间隔设置于所述钻孔内；每一所述冲击波发射器的周向均设置有所述冲击波阻隔器。可选地，所述积水信息还包括积水总量，所述方法还包括如下步骤：根据所述积水总量获取所述上覆采空区内积水的疏水周期；在疏水时间超过所述疏水周期后，开采所述下伏煤层。可选地，所述根据所述积水总量获取所述上覆采空区内积水的疏水周期步骤中，具体包括如下步骤：获取所述钻孔的单位时间内的放水量；根据所述积水总量与所述钻孔的单位时间内的放水量，获取所述疏水周期T：T＝Q总/(nQ)；式中：Q—钻孔单位时间内的放水量；n—钻孔的数量；Q总—积水总量。可选地，所述获取所述钻孔的单位时间内的放水量步骤中，根据以下公式计算所述钻孔的单位时间内的放水量Q：式中：D—钻孔直径；L—钻孔长度；λ—沿程阻力系数；g—重力加速度；H—上覆采空区积水水位与钻孔之间的高度差。本专利技术提供的以上技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：根据上覆采空区的积水位置及下伏煤层的影响治理层位，确定钻孔布置方式，在钻孔内朝向上覆采空区方向定向弱化岩体，再进行分段水力压裂，形成弱化中间岩层的裂缝以降低岩体强矿压的同时，形成连通钻孔与上覆采空区的导水通道进行排水，强矿压灾害与采空区积水灾害同时治理，提高了治理效率，有利于下伏煤层的快速开采。附图说明图1为本专利技术一个实施例所述的采空区水害与强矿压灾害协同治理方法流程图；图2为本专利技术一个实施例所述的岩层分布剖视图；图3为图2所示岩层分布剖视图中上覆煤层与下伏煤层的俯视图；图4为图3所示上覆煤层与下伏煤层俯视图中上覆采空区充填积水的示意图；图5为图3所示上覆煤层与下伏煤层俯视图中钻孔的布置位置示意图；图6为图2所示岩层分布剖视图的钻孔图；图7为图6所示钻孔中分段水力压裂效果图；图8为图7所示分段水力压裂效果图的侧视图；图9为本专利技术另一个实施例所述的岩层分布剖视图；图10为图9所示岩层分布剖视图中定向弱化岩体范围示意图；图11为本专利技术一个实施例所述冲击波定向发射原理示意图。附图标记：1：上覆采空区；2：上覆遗留煤柱；3：采空区积水；4：下伏煤层；5：中间岩层；6：钻孔；7：定向弱化岩体范围；8：分段水力压裂段；9：裂缝网；10：导水通道；11：冲击波发射器；12：冲击波阻隔器；13：开口；14：下伏煤层工作面；15：运输顺槽；16：回风顺槽。具体实施方式下面将结合附图进一步说明本专利技术实施例。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必需具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。在本专利技术以下实施例中提供的采空区水害与强矿压灾害协同治理方法主要针对采空区水害较为严重时的应用场景。即在采空区积水总量超过了能够引发水害的临界阈值的前提下，采取本专利技术中采空区水害与强矿压灾害协同治理方法。因为在积水总量低于能够引发水害的临界阈值时，可以单纯采取措施治理强矿压即可。图1为本专利技术一个实施例所述的采空区水害与强矿压灾害协同治理方法流程图。本实施例提供一种采空区水害与强矿压灾害协同治理方法，如图1所示，包括如下步骤：S101：获取上覆采空区1的积水信息，所述积水信息本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采空区水害与强矿压灾害协同治理方法，其特征在于，包括如下步骤：/n获取上覆采空区的积水信息，所述积水信息包括积水位置；/n获取下伏煤层的影响治理层位；/n根据所述积水位置及所述影响治理层位，获取钻孔布置方式及朝向所述上覆采空区方向定向弱化岩体所需裂缝规模；/n根据所述钻孔布置方式在中间岩层施工钻孔；/n根据所述定向弱化岩体所需裂缝规模，获取冲击波参数信息；/n利用与所述冲击波参数信息对应的冲击波在所述钻孔内朝向所述上覆采空区方向定向弱化岩体；/n在所述钻孔内进行分段水力压裂，在所述中间岩层中形成弱化所述中间岩层的裂缝以及连通所述钻孔与所述上覆采空区的导水通道。/n

【技术特征摘要】
1.一种采空区水害与强矿压灾害协同治理方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取上覆采空区的积水信息，所述积水信息包括积水位置；
获取下伏煤层的影响治理层位；
根据所述积水位置及所述影响治理层位，获取钻孔布置方式及朝向所述上覆采空区方向定向弱化岩体所需裂缝规模；
根据所述钻孔布置方式在中间岩层施工钻孔；
根据所述定向弱化岩体所需裂缝规模，获取冲击波参数信息；
利用与所述冲击波参数信息对应的冲击波在所述钻孔内朝向所述上覆采空区方向定向弱化岩体；
在所述钻孔内进行分段水力压裂，在所述中间岩层中形成弱化所述中间岩层的裂缝以及连通所述钻孔与所述上覆采空区的导水通道。


2.根据权利要求1所述的采空区水害与强矿压灾害协同治理方法，其特征在于，所述获取下伏煤层的影响治理层位步骤中，具体包括如下步骤：
获取充满所述下伏煤层的采空区所需的岩层垮落高度；
获取所述岩层垮落高度对应的地层岩性；
所述钻孔布置方式包括垂向布置位置，所述岩层垮落高度和所述岩层垮落高度对应的地层岩性用于确定所述钻孔的垂向布置位置。


3.根据权利要求2所述的采空区水害与强矿压灾害协同治理方法，其特征在于：
所述钻孔布置方式还包括水平布置位置；
所述钻孔的水平布置位置位于相邻所述积水位置之间的上覆遗留煤柱的水平投影内。


4.根据权利要求2或3所述的采空区水害与强矿压灾害协同治理方法，其特征在于，所述获取充满所述下伏煤层的采空区所需的岩层垮落高度步骤中，根据以下公式计算所述岩层垮落高度h：
h＝M/(Kp-1)；
式中：M—下伏煤层的开采高度；
Kp—岩石破碎后的碎胀系数。


5.根据权利要求1-3任一项所述的采空区水害与强矿压灾害协同治理方法，其特征在于：
所述定向弱化岩体所需裂缝规模包括裂缝方向和裂缝长度；
所述冲击波参数信息包括冲击波方向及冲击波能量，所述冲击波方向根据所述裂缝方向确定，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊哲，吕情绪，贺安民，李果，杨茂林，高亮，杨建彬，李彬刚，郑凯歌，
申请(专利权)人：神华神东煤炭集团有限责任公司，中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61