坚硬煤岩层定向与脉冲压裂立体综合防冲方法技术

本发明专利技术公开了坚硬煤岩层定向与脉冲压裂立体综合防冲方法，首先在运输顺槽

【技术实现步骤摘要】
坚硬煤岩层定向与脉冲压裂立体综合防冲方法


[0001]本专利技术涉及煤矿安全
，具体涉及坚硬煤岩层定向与脉冲压裂立体综合防冲方法
。

技术介绍

[0002]冲击矿压是典型的煤矿动力灾害，具有突然
、
急剧
、
猛烈等特点，常造成井巷严重破坏和人员重大伤亡，甚至引起地表破坏和局部地震
。
当工作面顶板为坚硬
、
致密
、
完整且厚的岩层时，采空区大面积悬顶断裂滑移所释放的能量容易诱发冲击地压，简称坚硬顶板型冲击矿压
。
[0003]目前，在防治冲击矿压方面，初步建立了区域防范与局部解危相结合的冲击地压防治技术体系
。
其中，区域防范方法是通过保护层开采
、
厚煤层错层布置
、
优化采掘布置及开采顺序等技术方案，预先在矿井规划设计阶段进行区域大范围降
(
卸
)
压或避免形成应力叠加区域；局部卸压解危主要是通过卸压爆破
、
煤层大直径钻孔等卸压手段降低应力峰值或降低动载扰动，是直接改变承压介质属性的方法
。
其中，卸压爆破是通过在高应力区
(
或预计可能产生应力集中的区域
)
附近实施钻孔爆破，主动破坏煤岩体使之失去承载能力，从而起到卸压效果的卸压方式，然而，因安全性差，
《
煤矿安全规程
》
已禁止在采动影响区内使用炸药爆破，同时炸药爆破还存在火工品管理复杂，钻孔工程量大，深孔装药困难等问题；煤层大直径钻孔卸压措施是通过在煤体中施工大直径钻孔来防治冲击地压的措施，其目的是为煤体变形提供空间，达到冲击地压防治“低密度”的效果；大直径钻孔卸压工艺简单，施工方便，通用性较强，但其工程量大，卸压范围较小，卸压成本较高
。
因此，需要寻找一种可靠的局部解危技术配合区域防范共同防治坚硬顶板型冲击矿压
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种坚硬煤岩层定向与脉冲压裂立体综合防冲方法，以克服在防治坚硬顶板型冲击矿压方面，爆破卸压
、
煤层大直径钻孔卸压等局部卸压解危手段的不足
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的坚硬煤岩层定向与脉冲压裂立体综合防冲方法，包括如下步骤：
[0006]步骤
S1、
利用钻机沿开切眼走向各打设一排第一类顶板高位钻孔和第二类顶板高位钻孔，沿运输顺槽和回风顺槽走向各打设一排第三类顶板高位钻孔
、
第四类顶板高位钻孔
、
煤层顺层钻孔和顶板低位钻孔；其中，
[0007]所述第一类顶板高位钻孔的开孔位置在开切眼内靠近前煤壁顶板处，斜向前煤壁施工高位顶板钻孔；
[0008]所述第二类顶板高位钻孔的开孔位置在开切眼内靠近后煤壁顶板处，斜向后煤壁施工高位顶板钻孔；
[0009]所述第三类顶板高位钻孔的开孔位置在运输顺槽和回风顺槽内顶板中线位置处，
斜向工作面侧巷帮施工高位顶板钻孔；
[0010]所述第一类顶板高位钻孔
、
所述第二类顶板高位钻孔
、
所述第三类顶板高位钻孔的终孔位置都位于高位坚硬岩层的中上部，以切断煤层上方老顶，从而缩短初次来压和周期来压步距，并切断回采动压向本工作面运输顺槽和回风顺槽的传递路径；
[0011]所述第四类顶板高位钻孔的开孔位置在运输顺槽和回风顺槽内靠近煤柱侧巷帮的顶板上，钻孔方位与钻孔施工地点巷道走向垂直，钻孔向煤柱侧巷帮倾斜，钻孔终孔位置在煤柱上方高位坚硬岩层的中上部，以切断由采空区上方老顶断裂而产生的动压向相邻工作面顺槽的传递路径；
[0012]所述煤层顺层钻孔的开孔位置在运输顺槽和回风顺槽内的工作面侧巷帮处，钻孔方位与钻孔施工地点巷道走向垂直，钻孔沿长度方向上分为非压裂段和压裂段，非压裂段靠近钻孔施工地点巷道，用于保证巷道围岩及支护体的稳定；
[0013]所述顶板低位钻孔的开孔位置在运输顺槽和回风顺槽端头顶板中线位置处，竖直打设低位顶板钻孔，钻孔终孔位置在煤层上方低位坚硬岩层的中上部，以便使低位顶板能够及时垮落并充满采空区；
[0014]步骤
S2、
采用水压致裂高压泵，通过管路向第一类顶板高位钻孔内注入高压水进行压裂，采用多孔同时压裂的方法诱导裂缝沿着钻孔连线的方向进行扩展，以定向切断顶板；
[0015]步骤
S3、
采用水压致裂高压泵，通过管路向第二类顶板高位钻孔内注入高压水进行压裂，采用多孔同时压裂的方法诱导裂缝沿着钻孔连线的方向进行扩展，以定向切断顶板；
[0016]步骤
S4、
采用水压致裂高压泵，通过管路向第三类顶板高位钻孔内注入高压水进行压裂，采用多孔同时压裂的方法诱导裂缝沿着钻孔连线的方向进行扩展，以定向切断顶板；
[0017]步骤
S5、
采用水压致裂高压泵，通过管路向第四类顶板高位钻孔内注入高压水进行压裂，采用多孔同时压裂的方法诱导裂缝沿着钻孔连线的方向进行扩展，以定向切断顶板；
[0018]步骤
S6、
采用水压致裂脉冲泵，通过管路向所述煤层顺层钻孔内注入脉冲水进行压裂，从而充分破碎煤层；
[0019]步骤
S7、
采用水压致裂高压泵，通过管路向顶板低位钻孔内注入高压水进行压裂，采用多孔同时压裂的方法诱导裂缝沿着钻孔连线的方向进行扩展，以定向切断顶板
。
[0020]进一步地，所述煤层顺层钻孔长度为
40
～
100m
，其中所述非压裂段为
20m
，钻孔间距为
20
～
30m。
[0021]进一步地，所述低位顶板钻孔的间距为6～
15m。
[0022]进一步地，所述第一类顶板高位钻孔
、
所述第二类顶板高位钻孔
、
所述第三类顶板高位钻孔及所述第四类顶板高位钻孔的间距均为
10
～
20m。
[0023]本专利技术的有益效果是：本专利技术采用“煤层
‑
低位坚硬岩层
‑
高位坚硬岩层”的立体水压致裂防冲措施，打设煤层顺层钻孔，可在煤体中形成复杂的均匀水压裂缝网络，充分切割煤体，弱化煤体强度，进而降低煤层的冲击危险性
。
打设低位顶板钻孔，可避免端头区域形成大面积悬顶，阻止端头采空区应力向本工作面回采巷道和相邻工作面回采巷道传递，消
除大面积端头悬顶突然垮落形成的冲击动载
。
打设第一类
、
第二类
、
第三类和第四类顶板高位钻孔，可减小工作面初次来压步距和周期来压步距，降低初次来压和周期来压期间采空区悬顶的极限面积从而降低应力峰值和悬顶垮落带来的动压强度，降低本工作面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种坚硬煤岩层定向与脉冲压裂立体综合防冲方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
S1、
利用钻机沿开切眼走向各打设一排第一类顶板高位钻孔和第二类顶板高位钻孔，沿运输顺槽和回风顺槽走向各打设一排第三类顶板高位钻孔
、
第四类顶板高位钻孔
、
煤层顺层钻孔和顶板低位钻孔；其中，所述第一类顶板高位钻孔的开孔位置在开切眼内靠近前煤壁顶板处，斜向前煤壁施工高位顶板钻孔；所述第二类顶板高位钻孔的开孔位置在开切眼内靠近后煤壁顶板处，斜向后煤壁施工高位顶板钻孔；所述第三类顶板高位钻孔的开孔位置在运输顺槽和回风顺槽内顶板中线位置处，斜向工作面侧巷帮施工高位顶板钻孔；所述第一类顶板高位钻孔
、
所述第二类顶板高位钻孔
、
所述第三类顶板高位钻孔的终孔位置都位于高位坚硬岩层的中上部，以切断煤层上方老顶，从而缩短初次来压和周期来压步距，并切断由采空区上方老顶断裂而产生的动压向本工作面运输顺槽和回风顺槽传递的路径；所述第四类顶板高位钻孔的开孔位置在运输顺槽和回风顺槽内靠近煤柱侧巷帮的顶板上，钻孔方位与钻孔施工地点巷道走向垂直，钻孔向煤柱侧巷帮倾斜，钻孔终孔位置在煤柱上方高位坚硬岩层的中上部，以切断由采空区上方老顶断裂而产生的动压向相邻工作面顺槽的传递路径；所述煤层顺层钻孔的开孔位置在运输顺槽和回风顺槽内的工作面侧巷帮处，钻孔方位与钻孔施工地点巷道走向垂直，钻孔沿长度方向上分为非压裂段和压裂段，非压裂段靠近钻孔施工地点巷道，用于保证巷道围岩及支护体的稳定；所述顶板低位钻孔的开孔位置在运输顺槽和回风顺槽端头顶板中线位置处，竖直打设低位顶板钻孔，钻孔终孔位置在煤层上方低位坚硬岩层的中上部，以便使低位顶板能够及时垮落并充满采空区；步骤
S2、
采用水压致裂高压泵，通过管路向第一类顶板高位钻孔内注入高压水进行压裂，采用多孔同时压裂的方法诱导...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄炳香，陈树亮，赵兴龙，邵鲁英，
申请(专利权)人：徐州佑学矿业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：