[发明专利]一种煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法

权利要求书

1.一种煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、根据地质及采矿条件，分析评价采掘工程及相邻各区域的冲击危险性，确定冲击地压主控因素，判断冲击震动源的位置和强度，确定冲击地压危险区域(4)；

b、若步骤a判断受到顶板断裂的影响；在步骤a的基础上，根据冲击震动源(3)、冲击地压危险区域(4)的位置和范围及煤岩层属性、特征参数，并结合室内煤岩试样动载应力波能量分析结果，确定顶板断裂冲击震动源(3)的实际能量；

c、若步骤a判断受到断层活化的影响，在步骤a的基础上，还需要确定断层活化冲击应力波传播路径(13)；

d、根据步骤b或步骤c的参数，制定煤矿井下远程区域精准防控工艺参数，包括：定向钻进和分段可控压裂的钻孔轨迹设计、分段压裂间距、压裂水压/流量、压裂方向；

e、根据步骤d的设计，利用千米定向钻机通过钻场(1)向高位顶板冲击震动源(3)或冲击应力波传播路径(13)区域施工定向长钻孔(6)及若干个分支钻孔；再依次下入压裂管和封隔器，采用从钻孔深处由内向外，按照后退式、逐级、分段进行可控压裂；

f、反演研究定向钻孔分段压裂的有效影响区域，并对比分段可控压裂前后顶板断裂冲击震动源的实际能量；检测是否达到预期目标。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法，其特征在于：步骤b中，煤矿顶板(5)断裂震源的实际能量来源包含：顶板弯曲能、断裂能和冲击能三部分；实际能量的获得包括如下步骤：

b1、将顶板断裂前岩层结构简化为弹性基础梁结构，综合考虑顶板(5)及上覆岩层的压力、采面超前支承压力影响范围、断裂前顶板(5)悬顶长度、顶板(5)岩性及物理力学性质，分析顶板位移变化和弯矩变化，可计算得到顶板弯曲能；

b2、通过上覆岩层厚度、顶板(5)断裂后弹性梁发生压缩、反弹的空间区域位置，研究顶板(5)破断过程中的能量聚积与释放过程，计算得到顶板(5)断裂能；

b3、根据顶板(5)岩性及物理力学性质、顶板(5)厚度、断裂尺度、悬空长度和高度、距离巷道或工作面距离，可计算得到顶板断裂后作用于巷道或工作面的冲击能；

b4、综合考虑煤矿煤岩层赋存特征和物理力学性质，结合采场结构及演化特征、能量转换及守恒理论，即可确定顶板断裂震源的实际能量。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法，其特征在于：在步骤d的实施中，包括：结合步骤a和步骤b或步骤a和步骤c的结果，根据试验矿井巷道所在的煤岩层及巷道三区的实际地质条件，以弹性/弹塑性材料为基础，建立几何模型，采用有限元数值模拟方法，进行单段压裂、双段分段压裂和多段压裂数值模拟实验，制定并优化包括：定向钻进和分段可控压裂的钻孔轨迹设计、分段压裂间距、压裂水压/流量、压裂方向关键技术的工艺参数。

4.根据权利要求1所述的煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法，其特征在于：步骤e的实施中，所述千米定向钻机钻井工作过程中，钻孔穿透冲击震动源(3)或冲击地压危险区域(4)在15米以上；同时若干个分支钻孔空白区不大于5米。

5.根据权利要求1所述的煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法，其特征在于：所述步骤f的实施中，采用微震监测和震动定位分析，研究刻画远距离定向钻孔分段压裂裂缝的长度、宽度、高度、大小和扩展方向的空间分布形态及其动态扩展过程，确定远距离分段压裂有效影响范围，并结合顶板断裂冲击震动源实际能量的降低量，综合定量评价远程区域精准防控效果。