[发明专利]一种含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法

权利要求书

1.一种含水层下坚硬覆岩预裂弱化控制导水裂缝带高度方法，其特征在于，包括：

获取工作面主采煤层与含水层之间覆岩的结构特征；

根据所述覆岩的结构特征，确定所述覆岩的覆岩类型和控裂关键层分布位置；

预测预裂前主采煤层的覆岩破坏高度；

基于预测的所述覆岩破坏高度，结合主采煤层与含水层的空间关系，确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度；

在所述导水裂缝带控制高度范围内，确定预裂弱化目标层位及预裂弱化范围；

采用水力压裂方式，在确定的预裂弱化范围内，对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作；所述采用水力压裂方式，在确定的预裂弱化范围内，对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作，包括：根据确定的所述预裂弱化目标层位，结合矿井采掘规划与布局，选择确定相应的压裂技术和工艺参数；根据确定的压裂技术和工艺参数，在确定的预裂弱化范围内，对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作；其中，对于低位目标层位预裂，采用井下巷道定向水力压裂技术，依据确定的预裂高度对上覆目标岩层实施水力预裂；具体步骤如下：a)根据预裂层位高度、采高与采煤方法、上覆岩层物性、力学参数以及地应力场确定钻孔与压裂的参数，钻孔间距一般取10～20m，钻孔参数包括钻孔角度和钻孔孔深，压裂参数包括压裂间隔与压裂时长，钻孔和压裂参数随着矿井地质条件变化进行相应调整；b)根据步骤a)确定的钻孔参数顺次通过巷道向预裂目标岩层施工压裂钻孔；c)水力压裂钻孔施工完成后开始进行压裂作业，从钻孔底部采用后退式方法拖动压裂管柱进行分层或分段压裂作业；对于中位和高位目标岩层预裂，采用地面定向井水力压裂技术，通过地面向下施工定向井或分支定向井，依据确定的上覆目标岩层的钻孔与压裂预裂参数，对工作面顶板目标岩层进行水力压裂；若目标岩层的主应力状态为水平主应力占主导，则采用垂直钻孔水力喷射分层压裂的方法将压裂目标层分为多层进行压裂；若目标岩层的主应力状态为垂直主应力占主导，则采用L型定向井水力喷砂射孔分段压裂方法对目标层进行压裂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述覆岩的结构特征，确定所述覆岩的覆岩类型和控裂关键层分布位置，包括：

根据所述覆岩的结构特征，确定所述覆岩的覆岩类型；

如果确定的覆岩类型为中硬或者坚硬类型，则进一步确定单层硬质岩层厚度与分布位置，根据单层硬质岩层厚度与分布位置，确定控裂关键层分布位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预测预裂前主采煤层的覆岩破坏高度，包括：

根据确定的覆岩类型和主采煤层厚度，确定全煤厚开采垮落带和导水裂缝带发育高度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于预测的所述覆岩破坏高度，结合主采煤层与含水层的空间关系，确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度，包括：

按照如下公式确定顶板预裂弱化后导水裂缝带控制高度H_li新：

H_li新≤H_sh-H_b；

式中，H_b为在含水层底界往下预留的保护层厚度；

H_sh为需留设的防水煤岩柱高度。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述导水裂缝带控制高度范围内，确定预裂弱化目标层位，包括：

在所述导水裂缝带控制高度和采动影响范围之内，结合所述控裂关键层分布位置，选定其中的一层或多层作为预裂弱化目标层位。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述导水裂缝带控制高度范围内，确定预裂弱化范围，包括：

在所述导水裂缝带控制高度范围内，结合采动影响范围，确定预裂弱化范围。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对确定的所述预裂弱化目标层位进行预裂弱化操作过程中，所述方法还包括：

通过钻孔窥视和微震监测技术，对目标层位水力压裂效果进行监测。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

通过钻孔冲洗液漏失量观测和微地震监测技术，对工作面回采后导水裂缝带高度和形态进行监测；

根据所述导水裂缝带高度和形态，再结合含水层水位变化、涌水量及矿压数据，综合评价覆岩弱化止裂效果。