[发明专利]区域式水力压裂的监测方法

说明书

本发明涉及井工开采领域，提供一种区域式水力压裂的监测方法。该监测方法包括如下步骤：裂隙发展监测，设置第一监测单元组采集顶板压裂区压裂过程中裂隙扩展的波信号；压裂后应力监测，设置第二监测单元组采集实施水力压裂前后应力场的变化量；回采后应力监测，设置第三监测单元组采集压裂区和非压裂区应力变化量。本发明提供的水力压裂的监测方法具有操作简单、实用性强、可多次测试、精度、可靠性高等优点，可以对水力压裂效果从压裂阶段开始直至回采阶段的全过程进行耦合一体化监测，提供详细的监测方法；可以分别对裂隙发展、压裂后应力和回采后应力进行监测；可以实现对于水力压裂过程中“由线到面”，由“表面载荷到内部应力”的全面监测。

技术领域

本发明涉及井工开采领域，特别是涉及一种区域式水力压裂的监测方法。

背景技术

井工开采过程中地质条件复杂多变，地质条件的赋存特征对于煤炭资源的井工开采的安全性具有直接的影响。据统计资料表明，在山西省的大同地区、内蒙古的呼吉尔特矿区、河南、黑龙江、陕北神府地区以及山东等矿区均赋存有强度较高、厚度较大的致密坚硬顶板。

当回采工作面上方赋存有坚硬顶板时会给工作面以及回采巷道带来严重的威胁，如在这类顶板下实行综合机械化采煤，支架承受较大的载荷，常常压坏支架；回采巷道在超前支承应力范围内应力集中程度过高，导致巷道变形严重，帮鼓、底鼓程度较高，影响工作面生产的顺利进行。

此外，坚硬顶板不能随着工作面的推进而依次有序垮落，如悬臂梁一样置于煤层之上，当其突然垮落则会形成较强的来压现象，甚至产生暴风，冲击工作面及两边的回采巷道从而造成人员伤亡；在具有冲击倾向性的煤层时，则极易造成冲击地压灾害的发生。

针对坚硬顶板的治理问题，目前主要使用的是爆破和水力压裂两种类型，其中爆破受到瓦斯和其他因素的制约而导致推广应用受到限制；水力压裂则可以分为浅孔水力压裂和超长孔水力压裂(即区域式水力压裂)两种，其中，超长孔水力压裂(即区域式水力压裂)可以为多个超长孔并排设置的方式。

浅孔水力压裂发展时间相对较长，其配套的监测设备已相对完善，针对的是巷道周围浅部围岩，通过高压水在钻孔内促进原有裂隙和次生裂隙的扩展和发育，从而在较小范围内对巷道围岩的应力可以起到一定调节作用，其裂隙的存在对于巷道上覆岩层空间结构的演化也有一定的改变作用；但是浅孔水力压裂受制于自身技术的限制，对于采场区域范围内的应力的控制能力较差，当回采工作面埋深较深，顶板的坚硬层厚度较厚，则浅孔水力压裂的效果就受到了影响。

超长孔水力压裂技术(即区域式水力压裂技术)可以较大范围的处理坚硬顶板，其裂隙扩展机理与浅孔水力压裂裂隙扩展机理相同，但是超长孔水力压裂(即区域式水力压裂)因为其流量高、泵压大，而可以实现裂隙的较大尺度的扩展，从而有利于实现区域性的坚硬顶板的处理，当设置三个及三个以上的超长孔时，则受到水力压裂诱导应力影响而可以实现区域性的应力调整。在随后的采动过程中，压裂后的坚硬顶板的连续性降低和强度弱化，因此容易发生垮落。

目前针对超长孔的水力压裂(即区域式水力压裂)尚未有成熟的监测方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种区域式水力压裂的监测方法。

(二)技术方案

本发明提供一种区域式水力压裂的监测方法，包括如下步骤：裂隙发展监测，设置第一监测单元组采集顶板压裂区压裂过程中裂隙扩展的波信号；压裂后应力监测，设置第二监测单元组采集实施水力压裂前后应力场的变化量；回采后应力监测，设置第三监测单元组采集压裂区和非压裂区应力变化量。

进一步地，将所述第一监测单元组设置在压裂孔的位置处监测所述顶板压裂区压裂过程中裂隙扩展的地震波并生成所述波信号。