煤矿厚硬砂岩顶板水害与冲击地压复合灾害治理方法技术

本发明专利技术公开一种煤矿厚硬砂岩顶板水害与冲击地压复合灾害治理方法，包括以下步骤：确定导水裂隙带的高度，然后在导水裂隙带的高度范围内确定厚硬砂岩含水层的层位；确定厚硬砂岩含水层采动影响范围边界R；确定首采工作面边界侧向帷幕与采空区侧向边界的水平距离S1；确定第一接续侧向帷幕的布设位置；水力压裂注浆构造边界侧向帷幕和第一接续侧向帷幕；完成对首采工作面的侧向截水阻渗和正常回采；完成第一接续工作面的侧向截水阻渗和正常回采；进行第二接续工作面的侧向截水阻渗；依次类推，直至采区或盘区内的煤层开采完毕。本发明专利技术方法实现了顶板水害与冲击地压灾害的协同防治，最终大幅减少矿井涌水量，可以达到事半功倍的防治效果。治效果。治效果。

【技术实现步骤摘要】
煤矿厚硬砂岩顶板水害与冲击地压复合灾害治理方法


[0001]本专利技术属于煤矿开采安全
，具体涉及一种煤矿厚硬砂岩顶板水害与冲击地压复合灾害的治理方法。

技术介绍

[0002]随着我国煤矿开采深度的增加，越来越多的煤矿面临高水压、高地应力的采掘环境，蒙陕矿区作为我国重要能源基地之一，在主采侏罗纪延安组冲击倾向性煤层时，其上往往赋存洛河组厚硬富水砂岩层，在对其进行高强度开采时同时，面临坚硬顶板冲击地压和顶板水害两大难题。
[0003]现有技术中，防治上述矿井的冲击地压和突水灾害时，常常割裂彼此，相互独立；即从防治冲击地压的角度，需要采取水力压裂、近场爆破预裂、大直径钻孔卸压等局部卸压解危方法；矿井水害防治常采用采前顶板预疏放、加大排水能力等措施，但是，由于砂岩顶板孔隙注浆受限于孔喉较小，水可以绕过但浆液难以通过，所以砂岩顶板直接注浆堵水难以实现；存在防治措施工程量巨大、代价高、而且不能消除坚硬顶板型冲击地压与顶板水复合灾害威胁的缺陷，严重威胁到煤矿安全生产，综上所述，继续一种能够对冲击地压和突水灾害进行协同防治的方法。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供了一种煤矿厚硬砂岩顶板水害与冲击地压复合灾害治理方法，通过水力压裂预裂后的再注浆改性来降低厚硬砂岩含水层的渗透性，同时实现对厚硬砂岩层的预裂弱化，破坏其结构完整性，使其缓慢自然下沉，以解决现有技术中缺少协同防治坚硬顶板冲击地压与顶板水复合灾害方法的技术问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0006]一种煤矿厚硬砂岩顶板水害与冲击地压复合灾害治理方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、获取井田地质数据和开采沉陷监测数据，根据得到的井田地质数据和开采沉陷监测数据确定工作面开采后形成的导水裂隙带的高度，然后在导水裂隙带的高度范围内确定厚硬砂岩含水层的层位；
[0008]步骤2、根据开采沉陷监测数据确定的岩层移动角，以及厚硬砂岩含水层顶板与煤层顶板的距离确定厚硬砂岩含水层采动影响范围边界R；
[0009]步骤3、根据矿区开采设计确定首采工作面的平面位置，进一步确定首采工作面的边界侧向帷幕布设位置，所述首采工作面边界侧向帷幕靠近井田边界，且与采空区侧向边界之间的水平距离S1∈[R+1，R+10]；
[0010]步骤4、根据矿区开采设计确定留设保护煤柱宽度B，根据首采工作面的平面位置和保护煤柱宽度B，确定在首采工作面远离井田边界一侧的第一接续侧向帷幕的布设位置；
[0011]步骤5、在边界侧向帷幕布设位置和第一接续侧向帷幕的布设位置处通过水力压裂形成水平裂缝浆液通道与垂直裂缝浆液通道，然后向形成的水平裂缝浆液通道和垂直裂
缝浆液通道内注浆，构造边界侧向帷幕和第一接续侧向帷幕，完成对首采工作面的侧向截水阻渗；
[0012]步骤6、对首采工作面进行正常回采至完毕，然后按照步骤4的方法确定用于第一接续工作面侧向截水阻渗的第二接续侧向帷幕的位置，按照步骤5的方法形成对完成对第一接续工作面的侧向截水阻渗；
[0013]步骤7、对第一接续工作面进行正常回采至完毕，然后在第二接续工作面的实体煤侧，按照步骤2到步骤5的方法，构造用于第二接续工作面阻水的第三接续侧向帷幕，并对第二接续工作面进行正常回采至回采完毕，依次类推，直至采区或盘区内的煤层开采完毕。
[0014]本专利技术还具有以下技术特征：
[0015]更进一步的，所述确定设置在首采工作面远离井田边界一侧的第一接续侧向帷幕的布设位置具体包括：
[0016]若留设保护煤柱宽度B大于厚硬砂岩采动影响范围边界R，则第一接续侧向帷幕的布设位置与采空区侧向边界之间的水平距离S2应满足条件：R+1≤S2≤B；
[0017]若留设保护煤柱宽度B小于等于厚硬砂岩采动影响范围边界R，则第一接续侧向帷幕的布设位置与采空区侧向边界之间的水平距离S2应满足条件：R+1≤S2≤R+10。
[0018]更进一步的，所述厚硬砂岩采动影响范围边界R通过下式确定：
[0019]R＝H/tanδ
[0020]式中，
[0021]R为厚硬砂岩含水层采动影响范围边界，单位为m；
[0022]H为厚硬砂岩含水层顶板与煤层顶板的垂直距离，单位为m；
[0023]δ为岩层移动角，单位为度。
[0024]更进一步的，步骤5所述水力压裂施工操作参数包括：压裂液为活性水压裂液，支撑剂为石英砂，压裂段的加砂强度为4～10m3/m，注入排量为6～12m3/min，平均砂比为10～15％。
[0025]更进一步的，步骤5所述注浆材料包括质量百分含量为10％～30％的水泥、 70％～90％的粉煤灰与激发剂。
[0026]更进一步的，步骤1所述的导水裂隙带的高度，可以通过液压支架工作阻力监测和井
‑
地微震监测联合实现动态确定。
[0027]更进一步的，所述液压支架工作阻力通过下式确定：
[0028][0029]式中，p
t
′
为顶板周期来压破断时液压支架工作阻力，σ
P
为液压支架工作阻力的均方差，为液压支架工作阻力的平均值。
[0030]本专利技术与现有技术相比，有益的技术效果是：
[0031](1)本专利技术方法将厚硬砂岩顶板的力学边界条件改造和渗透性改造融为一体，通过先水力压裂后注浆阻渗的方式，实现了顶板水害与冲击地压灾害的协同防治，通过对厚硬砂岩含水层压裂注浆，大幅减少含水层过水断面，大幅降低了含水层的渗透系数，进而使工作面回采过程中厚硬砂岩含水层的侧向涌水量大幅减少，最终大幅减少矿井涌水量，可以达到事半功倍的防治效果，保障类似地质条件煤矿的安全生产。
[0032](2)本专利技术方法通过对厚硬砂岩含水层进行水力压裂，显著降低了顶板的悬臂长
度，改变了厚硬砂岩顶板的力学边界条件，从而使厚硬砂岩顶板破断时所释放的弯曲弹性能大幅较少，进而达到弱化坚硬顶板的目的，降低冲击地压危险。
[0033](3)本专利技术方法操作简单，适应性强，具有很强的推广应用价值。
附图说明
[0034]图1为本专利技术方法的流程图；
[0035]图2为侧向帷幕与工作面的关系剖面图；
[0036]图3为侧向帷幕与工作面的关系平面图；
[0037]图4为注浆压裂前后砂岩含水层孔隙过水断面示意图，其中(a)为注浆压裂前，(b)为注浆压裂后；
[0038]图5为顶板弯矩随悬臂长度L变化的曲线图；
[0039]图6为坚硬顶板破断的弯曲弹性能随悬臂长度L变化的示意图。
[0040]以下结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做具体说明。
具体实施方式
[0041]遵从上述技术方案，以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。
[0042]对本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿厚硬砂岩顶板水害与冲击地压复合灾害治理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取井田地质数据和开采沉陷监测数据，根据得到的井田地质数据和开采沉陷监测数据确定工作面开采后形成的导水裂隙带的高度，然后在导水裂隙带的高度范围内确定厚硬砂岩含水层的层位；步骤2、根据开采沉陷监测数据确定的岩层移动角，以及厚硬砂岩含水层顶板与煤层顶板的距离确定厚硬砂岩含水层采动影响范围边界R；步骤3、根据矿区开采设计确定首采工作面的平面位置，进一步确定首采工作面的边界侧向帷幕布设位置，所述首采工作面边界侧向帷幕靠近井田边界，且与厚硬砂岩含水层采动影响范围边界R的水平距离S1∈[R+1，R+10]；步骤4、根据矿区开采设计确定留设保护煤柱宽度B，根据首采工作面的平面位置和保护煤柱宽度B，确定在首采工作面远离井田边界一侧的第一接续侧向帷幕的布设位置；步骤5、在边界侧向帷幕布设位置和第一接续侧向帷幕的布设位置处通过水力压裂形成水平裂缝浆液通道与垂直裂缝浆液通道，然后向形成的水平裂缝浆液通道和垂直裂缝浆液通道内注浆，构造边界侧向帷幕和第一接续侧向帷幕，完成对首采工作面的侧向截水阻渗；步骤6、对首采工作面进行正常回采至完毕，然后按照步骤4的方法确定用于第一接续工作面侧向截水阻渗的第二接续侧向帷幕的位置，按照步骤5的方法形成对完成对第一接续工作面的侧向截水阻渗；步骤7、对第一接续工作面进行正常回采至完毕，然后在第二接续工作面的实体煤侧，按照步骤2到步骤5的方法，构造用于第二接续工作面阻水的第三接续侧向帷幕，并对第二接续工作面进行正常回采至回采完毕，依次类推，直至采区或盘区内的煤层开采完毕。2.如权利要求1所述的煤矿厚硬砂岩顶板水害与冲击地压复合灾害治理方法，其特征在于，所述确定设置在首采工作面远离井田边界一侧的第一接续侧向帷幕的布设位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯龙飞，王皓，王海，周振方，许刚刚，赵春虎，苗贺朝，尚宏波，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：