一种防治冲击地压的方法

技术领域

本申请涉及煤矿开采工程技术领域，尤其涉及一种防治冲击地压的方法。

背景技术

在我国，随着煤炭开采深度的增加，由于冲击地压矿井的数量显著增多，从而使得冲击地压显现愈加频繁，冲击强度及破坏程度也随之增大。受采掘活动的影响，采煤工作面上覆坚硬岩层的应力高度集中，储存大量弹性能，当超过上覆坚硬岩层的极限平衡条件后，将会在瞬间释放强烈的动载，从而引发岩体震动，向采动空间抛出大量煤体或岩块，同时释放大量瓦斯，极易造成人员伤亡、设备损坏、巷道堵塞等灾害，甚至引起瓦斯爆炸等重大安全生产事故。

在现有技术中，鉴于冲击地压危害性大、存在较为普遍，专家学者在冲击地压防治方面开展了大量的研究工作。通过多年研究，形成了多种防治冲击地压的方法，主要有煤体钻孔卸压、顶底板爆破卸压、煤层注水卸压、地面钻孔水力预裂卸压等方法。其中，地面钻孔水力预裂卸压技术是利用地面高压泵，通过定向或非定向钻孔，将高压水压入易集聚弹性能的厚层坚硬岩层，当水压超过厚层坚硬岩层破裂力时，地层将被压开并产生裂缝，从而弱化煤层上覆厚层坚硬岩层，显著降低应力集中程度，使煤体应力处于发生冲击地压的临界值之下，达到有效减弱或消除冲击地压危害。但是，此方法存在一定的局限性，一方面，钻孔水力预裂过程中，只能通过调节高压泵压力，控制压裂半径和压裂范围，实际控制结果往往不尽人意；另一方面，易产生应力集聚地层多存在于煤层基本顶，采用钻孔水力预裂，极易造成直接顶完整性破坏，给采煤工作带来安全隐患；此外，现有钻孔水力预裂卸压技术仅是将厚层坚硬岩层破断，既没有对上部关键层进行保护，也没有对压裂岩层施加主动压力，使其持续下沉、挤密压实，其防冲效果不甚理想。

综上可知，由于现有技术中的防治冲击地压的方法具有如上所述的缺点，因此如何提出一种更好的防治冲击地压的方法，从而可以控制压裂范围，控制地面沉陷，保护直接顶和关键层，防治冲击地压，是本领域中亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种防治冲击地压的方法，从而可以控制压裂范围，控制地面沉陷，保护直接顶和关键层，防治冲击地压。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种防治冲击地压的方法，该方法包括：

步骤A，在一个或多个预设位置处开设压裂孔，且所述压裂孔的底部位于预设的目标层处，通过压裂孔将水体压入目标层，用于将目标层压开并产生裂缝；

步骤B，在压裂孔的第一距离范围内开设预设数量的保护孔；

步骤C，在压裂孔的第二距离范围内开设控制孔；

步骤D，通过压裂孔、保护孔和/或控制孔，将浆液注入到关键层下方的离层空间内。

较佳的，所述步骤B中包括以下步骤：

步骤B1，在压裂孔的第一距离范围内钻进第一开孔，使第一开孔的底部位于稳定基岩层，并在第一开孔内下入表层套管；

步骤B2，在第一开孔的底部继续向下开设第二开孔，使第二开孔的底部位于基本顶层，并在第二开孔内下入技术套管；

步骤B3，在第二开孔的底部继续向下开设第三开孔，使第三开孔的底部位于直接顶层。

较佳的，所述步骤C中的开设控制孔包括以下步骤：

步骤C1，在压裂孔的第二距离范围内钻进第Ⅰ开孔，使第Ⅰ开孔的底部位于稳定基岩层，并在第Ⅰ开孔内下入第一套管；

步骤C2，在第Ⅰ开孔的底部继续向下开设第Ⅱ开孔，使第Ⅱ开孔的底部位于基本顶层上方的亚关键层，并在第Ⅱ开孔内下入第二套管；

步骤C3，在第Ⅱ开孔的底部继续向下开设第Ⅲ开孔，使第Ⅲ开孔的底部位于基本顶层。

较佳的，所述步骤D中，将压裂孔、保护孔和/或控制孔改造为注浆孔。

较佳的，改造注浆孔的步骤包括：

步骤D1，过将压裂孔、保护孔和/或控制孔内关键层以下部分打设水泥塞封闭；

步骤D2，对拟注浆层进行射孔，形成注浆孔。

较佳的，步骤A中所述的目标层是易于集聚弹性能的厚层坚硬岩层。

较佳的，所述浆液是煤矸石或粉煤灰浆液。

较佳的，所述压裂孔的第一距离范围是距离压裂孔40-60m的范围内。

较佳的，所述压裂孔的第二距离范围是距离压裂孔150-200m的范围内。

如上可见，在本发明中的防治冲击地压的方法中，通过设置控制孔和保护孔，从而可以控制压裂半径和压裂范围，保护煤层直接顶，通过采用先压裂后注浆的方法，可以保护上部关键层，同时还能使压裂岩层持续下沉、压实挤密，从而可以处理煤基固废和控制地面沉陷，实现防治冲地压。进一步地，将原压裂孔、保护孔或控制孔改造为注浆钻孔，一孔多用，协同施工，从而可以降低施工成本。

附图说明

图1为本发明实施例中的防治冲击地压的方法的流程图。

图2为本发明实施例中的压裂孔、保护孔和控制孔的位置示意图。

图3为本发明实施例中的保护孔的结构示意图。

图4为本发明实施例中的控制孔的结构示意图。

图5为本发明实施例中的压裂孔、保护孔和控制孔与裂缝的位置关系图。

图6为本发明实施例中的覆岩离层注浆压实压裂岩层示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例中的防治冲击地压方法的流程图。

如图1所示，本发明实施例中的防治冲击地压的方法包括如下所述步骤：

步骤11，在一个或多个预设位置处开设压裂孔，且所述压裂孔的底部位于预设的目标层处，通过压裂孔将水体压入目标层，用于将目标层压开并产生裂缝；

在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的步骤11。以下将以其中的一种实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述步骤11中的目标层可以是易于集聚弹性能的厚层坚硬岩层。

再例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，可以利用高压泵将水体通过压裂孔压入到目标层，使岩层所受的周向应力达到或超过岩层的抗拉强度，使原生裂隙扩张延伸或形成新的裂缝，从而降低岩层应力集中，减弱或消除冲击地压危害。

步骤12，在压裂孔的第一距离范围内开设预设数量的保护孔；

在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的步骤12。以下将以其中的一种实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，结合图2和图3，所述步骤12中的开设保护孔可以包括以下步骤：

步骤121，在压裂孔的第一距离范围内钻进第一开孔11，使第一开孔的底部位于稳定基岩层，并在第一开孔11内下入表层套管12；

步骤122，在第一开孔11的底部继续向下开设第二开孔13，使第二开孔13的底部位于基本顶层，并在第二开孔内下入技术套管14；

步骤123，在第二开孔的底部继续向下开设第三开孔15，使第三开孔的底部位于直接顶层。

较佳的，所述压裂孔的第一距离范围可以是距离压裂孔40-60m的范围内。

当岩石裂缝扩展至直接顶时，如图5所示，裂缝将与保护孔贯通，从而使得裂缝内的压力随之降低，进而减弱对直接顶产生的冲击力，实现对直接顶的保护，避免了给采煤工作带来的安全隐患。

步骤13，在压裂孔的第二距离范围内开设控制孔；

在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的步骤13。以下将以其中的一种实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，结合图2和图4，所述步骤13中的开设控制孔可以包括以下步骤：

步骤131，在压裂孔的第二距离范围内钻进第Ⅰ开孔21，使第Ⅰ开孔21的底部位于稳定基岩层，并在第Ⅰ开孔内下入第一套管22；

步骤132，在第Ⅰ开孔的底部继续向下开设第Ⅱ开孔23，使第Ⅱ开孔23的底部位于基本顶层上方的亚关键层，并在第Ⅱ开孔23内下入第二套管24；

步骤133，在第Ⅱ开孔23的底部继续向下开设第Ⅲ开孔25，使第Ⅲ开孔25的底部位于基本顶层。

较佳的，所述压裂孔的第二距离范围可以是距离压裂孔150-200m的范围内。

当岩石裂缝扩展至控制孔时，如图5所示，裂缝将与控制孔贯通，从而使得裂缝内的压力随之降低，从而实现对压裂半径及压裂范围的控制。

步骤14，通过压裂孔、保护孔和/或控制孔，将浆液注入到关键层下方的离层空间内。

在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的步骤14。以下将以其中的一种实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，可以将压裂孔、保护孔和/或控制孔改造为注浆孔。

较佳的，改造注浆孔的步骤可以包括：

步骤141，过将压裂孔、保护孔和/或控制孔内关键层以下部分打设水泥塞封闭；

步骤142，对拟注浆层进行射孔，形成注浆孔。

再例如，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述浆液可以是煤矸石或粉煤灰浆液，从而可以将煤基固废(比如，煤矸石或粉煤灰)进行利用和处理，实现资源利用，保护环境。

较佳的，可以通过加压泵将煤矸石或粉煤灰浆液注入到关键层下方的离层空间内。

在工作面开采期间，利用原有压裂孔、保护孔和/或控制孔，实施覆岩离层注浆。当预裂施工完成后，将原有压裂孔、保护孔和/或控制孔的关键层以下部分打设水泥塞封闭，并对拟注浆段进行射孔，将压裂孔、保护孔和/或控制孔改造为注浆孔。随着工作面的推进，煤层采空后，压裂岩层发生垮落，采动空间向上传递至关键层，关键层下方将产生离层现象。此时，结合图6，通过注浆泵对煤矸石或粉煤灰浆液加压后，经注浆孔注入到关键层下方的离层空间内，在注浆泵的压力作用下，煤矸石或粉煤灰浆液沉淀压实。离层空间内注满并压实的浆液一方面可以支撑上部关键层不发生破断，另一方面对压裂岩层施加主动压力，使压裂岩层持续下沉、压实挤密，从而不仅可以防治冲击地压，还能防止地面沉陷，进一步地，还将煤基固废充分的利用和处理，保护了生态环境。

综上所述，在本发明的技术方案中，通过设置控制孔，从而可以控制压裂半径和压裂范围；通过设置保护孔，从而可以保护直接顶板；通过将原有的压裂孔、保护孔和/或控制孔改造为注浆孔，通过注浆孔对关键层下方的离层进行注浆，实现一孔多用，协同施工，降低了施工成本，另外，向离层注浆后可以支撑上覆关键层不发生破断，还能持续压实、挤密压裂岩层，从而不仅可以防治冲击地压，还能防止地面沉陷。进一步地，由于使用煤基固废浆液向离层内注浆，充分利用了煤基固废，保护了生态环境。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。