[发明专利]一种坚硬顶板强矿压与采空区瓦斯灾害协同治理方法

说明书

本发明公开了一种坚硬顶板强矿压与采空区瓦斯灾害协同治理方法，包括以下步骤：根据工作面矿压显现特征和高位钻孔预布局数据，设计顶板内的压裂治理层位；计算确定高位钻孔在布孔区域的纵向高度、水平段钻进层位的位置及空间布局；在工作面回采之前，从煤层钻场开孔钻进至所述压裂治理层位，形成高位钻孔，并调整所述高位钻孔轨迹角度使得所述高位钻孔的水平段钻进层位位于所述压裂治理层位中，让所述高位钻孔沿工作面推进方向布置；采用分段压裂技术对所述高位钻孔的水平段进行分段压裂改造，形成三维立体裂缝体系；完成分段压裂改造后，通过所述高位钻孔完成瓦斯抽采。本发明具有一孔多用、降低治理成本和提高开采效率的优点。

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种坚硬顶板强矿压与采空区瓦斯灾害协同治理技术方法。

背景技术

随着煤炭开采强度及煤层深度的增加，工作面回采期间矿压及瓦斯灾害愈发剧烈。巷道片帮、底鼓、工作面漏顶、支架压死问题逐步突显，工作面顶板发育厚硬岩层时，回采过程中形成大面积悬顶，破断过程巨大能量瞬间释放，造成人员伤亡、设备损坏等重大安全事故，严重影响矿井安全生产。冲击地压是一种严重威胁煤矿安全生产的重大灾害，伴随着开采强度和开采深度逐年剧增，冲击地压灾害愈演愈烈，造成了严重的人员伤亡和财产损失。同时伴随着煤层开采，工作面附近的采动影响体(简称采动体)的瓦斯涌出量急剧增加，传统的井下瓦斯抽采技术(如埋管抽采、高位钻孔抽采等)工程量大、效率低下，严重影响高产潜能的释放，尤其是国家实施简化通风、去尾巷等规定后，该矛盾更加凸显，急需寻求更加经济高效的采动区涌出瓦斯抽采技术。顶板高位钻孔是动力灾害与采空区瓦斯协同治理的有效技术手段之一，目前的煤矿井下定向钻进装备可以实现长钻孔轨迹的精确控制，保证钻孔轨迹在预设层位中的有效延伸，提高钻孔的有效抽采距离，通过压裂改造坚硬顶板，有效提高钻孔瓦斯抽采量及抽采率的同时，超前区域防治动力灾害。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种坚硬顶板强矿压与采空区瓦斯灾害协同治理技术方法，实现高位钻孔的一孔多用，即可实现坚硬顶板压裂改造，防治冲击地压灾害发生，又可以实现回采后采空区和上隅角瓦斯的实时抽采，实现降低治理成本和提高开采效率，达到煤矿井下瓦斯和顶板动力灾害的协同治理。

一种坚硬顶板强矿压与采空区瓦斯灾害协同治理技术方法，包括以下步骤：S1、获得工作面矿压显现特征和高位钻孔预布局数据；S2、根据工作面矿压显现特征和高位钻孔预布局数据，设计顶板内的压裂治理层位；S3、计算确定高位钻孔在布孔区域的纵向高度、水平段钻进层位的位置及空间布局；S4、在工作面回采之前，从煤层钻场开孔钻进至所述压裂治理层位，形成高位钻孔，并采用定向技术逐渐调整所述高位钻孔的钻进轨迹，使得所述高位钻孔的水平段钻进层位位于所述压裂治理层位中，让所述高位钻孔沿工作面推进方向布置；S5、采用分段压裂技术对所述高位钻孔的水平段进行分段压裂改造，形成多个压裂段；S6、完成分段压裂改造后，通过所述高位钻孔完成瓦斯抽采。整个协同治理方法如下：S1和S2、在进行高位钻孔前，获得工作面矿压显现特征和高位钻孔预布局数据，也就是得到整个煤矿开采中压裂改造的实施环境参数，并根据上述环境参数设计出具体的压裂治理层位位于顶层哪一层位或哪几个层位中；S3、通过压裂治理层位的位置，以及高位钻孔预布局数据等环境参数，计算确定高位钻孔在布孔区域的纵向高度、水平段钻进层位的位置及空间布局，其中水平段钻进层位位于压裂治理层位中；S4、在工作面回采之前，从煤层钻场开孔钻进至所述压裂治理层位，形成高位钻孔，并采用定向技术逐渐调整所述高位钻孔的钻进角度，使得所述高位钻孔的水平段钻进层位位于所述压裂治理层位中，让所述高位钻孔沿工作面推进方向布置，需要注意的是，为有效控制上隅角瓦斯，抽采长钻孔应布置在工作面回风巷道附近的顶板岩层内；S5和S6、采用分段压裂技术对所述高位钻孔的水平段进行分段压裂改造，形成多个压裂段，完成分段压裂改造后，通过所述高位钻孔完成瓦斯抽采。

具体地，高位钻孔在布孔区域的纵向高度大于冒落带高度，并且小于裂隙带高度。可以利用经验公式计算得到冒落带及裂隙带经验高度范围。