【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿开采领域，具体而言，涉及一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法。
技术介绍
1、随着煤矿井下开采深度的增加以及开采强度的增大，地质条件越来越复杂，频发的瓦斯灾害严重影响着矿井工作人员的生命安全。
2、如今部分煤矿瓦斯涌出量大，传统的千米钻孔抽采达标周期长，瓦斯治理效率与工作面回采进度不匹配，抽采效果不理想，从而影响煤矿的高效生产。另外，当本工作面回采完成后，其采空区上方的侧向顶板不完全垮落，厚硬岩层顶板存在悬露跨距长、悬露面积大的情况，导致相邻工作面的回采巷道不仅受到邻近工作面支承压力的影响，且在邻近工作面回采时还会受到超前与侧向支承压力的叠加影响，巷道及支护结构长期处于高应力高扰动的状态，使围岩稳定性得不到保障，造成巷道围岩变形严重，极大增加巷道支护难度以及后期维护成本，甚至对矿工造成生命威胁，制约着矿井的安全高效发展。
3、因此，寻找一种提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法具有重要的意义。
4、故而，需要同时考虑强化瓦斯抽采和切顶卸压护巷两个方面的问题。
5、第一点，为解决瓦斯抽采问题采用的千米钻孔的设计方法主要是固定钻场间距，基于经验公式计算或试验测算出施工区域上覆岩层垮落带及裂隙带高度，以此确定钻孔剖面布孔高度，一般位于垮落带上部、裂隙带中下部。综合考虑钻孔的角度、垮落角、钻孔间距、钻孔倾角、钻孔方位角以及基本顶的悬臂梁长度等情况进行钻孔设计。但是目前瓦斯抽采钻孔的瓦斯抽采参数选取大多凭经验为主，没有考虑瓦斯随工
6、第二点，为解决围岩稳定性、巷道支护高扰动高应力问题，现如今也有多种方法。其中一种方法的思想是：通过增加护巷的煤柱宽度及使用加强支护来保持巷道围岩的稳定，合理选择支护结构及支护参数来提升护巷煤柱自身承载能力，但是现场调研发现在坚硬顶板岩层、大采高工作面、埋深较大等条件下，增加护巷煤柱宽度对减轻采动影响的效果不太明显，并且护巷煤柱预留过多会导致煤炭资源的严重浪费；强支护的方法施工难度大，存在着较多的局限性与时效性，不能有效保证该巷道在邻近工作面采动和本工作面采动的全生命周期内的安全有效使用。还有一种方法的思想认为：将围岩进行切顶卸压来减小应力保持围岩稳定，目前应用广泛的方法有爆破切顶和水力压裂切顶。但爆破切顶对工人有较大的安全隐患，尤其在高瓦斯矿井不合适作为常规卸压方法进行施工；水力压裂切顶需要打多组卸压孔，在现场的施工过程中，瓦斯抽采强化和切顶卸压护巷是分开考虑的，往往在施工中需要分别钻抽采孔和卸压孔来解决相对应的问题，造成人工的浪费和成本的提高。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，旨在解决现有技术的问题。
2、本申请的具体方案如下：
3、一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其包括如下步骤：
4、首先，根据回采工作面的工程地质条件分析垮落带、裂隙带高度，o形圈的分布范围以及对工作面来压起关键作用的坚硬岩层的层位、厚度，确定千米水平钻孔与水压致裂的关键参数；
5、其次，在回采工作面顺槽钻场内施工千米水平钻孔并进行水压致裂。
6、一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其包括以下步骤：
7、s1，调研现场工程地质概况，收集回采工作面的基础资料；
8、s2，确定垮落带高度、裂隙带高度以及对工作面来压起关键作用的坚硬岩层的层位、厚度；
9、s3，设计千米水平钻孔参数与水压致裂参数；
10、所述千米水平钻孔参数包括：钻孔层位、钻孔倾角、钻孔方位角、钻孔起始位置、钻孔终孔位置、第一个钻孔与回采巷道的水平距离、钻孔间的垂直距离与水平距离、钻孔长度、钻孔的水平层数与所切坚硬顶板厚度的关系；
11、第一个钻孔与回采巷道的水平距离的确定方法如下：
12、首先，结合裂隙带高度和顶板岩石垮落角确定第一个钻孔距离回采巷道的水平距离，根据公式：
13、l1＝h/tanα
14、式中：h-裂隙带的平均高度，单位为m；α-顶板岩石垮落角，单位为°；
15、其次，结合采高和岩石碎胀系数确定第一个钻孔距离回采巷道的水平距离，根据公式：
16、
17、式中：∑h-回采煤层高度，单位为m；kp-岩石碎胀系数，通常取1.2～1.5。
18、再次，将以上2种方法所得的结果相比较，取平均值，根据公式l确定为第一个钻孔距离回采巷道的水平距离；
19、钻孔间的垂直距离的确定方法如下：
20、当所切坚硬顶板厚度小于5m时，钻孔打在该岩层1/2处；当所切坚硬顶板厚度为5～10m时，当瓦斯抽采需要4个钻孔，钻孔均打在距该岩层上下边界1/4处，当瓦斯抽采需要6个钻孔，钻孔前两个钻孔打在距该岩层下边界1/4处，后一个钻孔打在距该岩层上边界1/4处；当所切坚硬顶板厚度为10～15m时，钻孔依次打在距该岩层边界1/6、1/2、5/6位置处；
21、钻孔间的水平距离x的确定方法如下：
22、
23、式中：r-顶板岩层的压裂半径，单位为m，压裂半径通常取3～5m；h-钻孔之间的垂直间距，单位为m；
24、钻孔的水平层数与所切坚硬顶板厚度的关系是：所切坚硬顶板的厚度小于5m时打1层水平的钻孔；所切坚硬顶板的厚度为5～10m时打2层不同水平的钻孔；所切坚硬顶板的厚度为10～15m时打3层不同水平的钻孔；
25、所述水压致裂参数包括：水压压力、致裂方向、压裂区段(所述水压致裂参数需要结合坚硬岩层的地应力测试结果、单轴抗压强度、厚度来确定)；
26、确定水压压力：当水压压力增大至岩体内的张拉应力超过临界抗拉强度，水力裂纹起裂，此时的临界水压psc可由下式求得：
27、psc＝2r0+rl
28、式中：r0—起裂位置的围岩应力，可按自重应力近似计算，单位为mpa；rl—岩石抗拉强度极限，单位为mpa；
29、s4，布置钻场，现场施工千米水平钻孔并进行水压致裂；
30、s5，在工作面回采过程中对采空区上覆岩层进行瓦斯抽采并对比分析本工作面瓦斯抽采浓度、流量；
31、s6，对比分析水力压裂前后邻近巷道的围岩变形情况。
32、进一步，s2中的垮落带高度采用下式计算：
33、hm的范围为：
34、式中：hm-垮落带高度，m；∑h-回采煤层高度，m。
35、进一步，s2中的裂隙带高度采用下式计算：
36、hl的范围为：
37、式中：hl-裂隙带高度，m；∑h-回采煤层高度，m。
38、进一步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于，S2中需要确定对工作面来压起关键作用的坚硬岩层的层位，任意一岩层满足以下2个条件，确定为关键层：
5.根据权利要求4所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于：
6.根据权利要求4所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于：
7.根据权利要求2所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：自超前开切眼350～550m起在回风顺槽设置第一个钻场，每间隔35
8.根据权利要求5所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于，所述步骤S5包括：开孔并用扩孔器进行扩孔；退出扩孔器进行封孔；本工作面开始推进时开始进行瓦斯抽采并对其进行实时监测，并对比分析钻孔压裂前后瓦斯抽采流量和浓度的变化量，确定压裂后的抽采效果。
9.根据权利要求6所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于，所述步骤S6包括：在邻近巷道设置十字围岩位移监测点监测邻近工作面整个回采过程中巷道变形情况，并对比分析钻孔压裂前后邻近巷道顶底板和两帮的变形量。
10.根据权利要求2所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于，步骤S1中的基础资料包括：工作面回采后的瓦斯特征、拟保护巷道的围岩地质力学信息；
...【技术特征摘要】
1.一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于，s2中需要确定对工作面来压起关键作用的坚硬岩层的层位，任意一岩层满足以下2个条件，确定为关键层：
5.根据权利要求4所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于：
6.根据权利要求4所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于：
7.根据权利要求2所述的一种千米水平钻压裂提高本工作面瓦斯抽采效果与邻近巷道围岩稳定性的方法，其特征在于，所述步骤s4包括：自超前开切眼350～550m起...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊庆，王昱清，张百胜，王涛，向德成，袁一博，王恒，任霄洋，郗泽涛，白玉，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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