[发明专利]一种地面钻井卸压的多煤层冲击矿压防治方法

说明书

本发明涉及一种地面钻井卸压的多煤层冲击矿压防治方法，首先通过施工地面掏煤定向钻孔进行最上部煤层的掏煤卸压，防止积聚弹性能，为巷道的掘进、工作面的回采皆形成有效的卸压。进一步的，通过地面水力压裂将整个覆岩内的厚硬岩层进行水平分层压裂，解决岩层诱导的冲击地压问题，同时切顶工作可以将运输巷道两侧的顶板岩层切断，即将要回采工作面与未回采的区域割离开，防止未回采的区域的上覆岩层力作用于要回采工作面。此外，通过人工施工水平致裂增涨层有效的增加碎涨量，增加对上覆岩层的支撑，减小上覆地层的下沉。而上部煤层的开采对下一煤层产生了开采保护层的卸压作用，为下一煤层的掘进、回采提供了基础。

技术领域

本发明涉及煤矿冲击矿压领域，具体为一种地面钻井卸压的多煤层冲击矿压防治方法。

背景技术

冲击地压是指煤矿井巷或工作面周围煤岩体由于弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等，易造成煤矿人员伤害。一般而言，覆岩内存在厚硬岩层是产生冲击矿压的重要因素，由于厚硬岩层的存在，其难于断裂导致断裂间距大，使得其断裂时一次压力释放大，造成巨大冲击。对此现有技术多是通过单一的切顶卸压或者地面水力压裂手段治理，且具体的切顶方式与水力致裂方案多种多样；切顶卸压一般在工作面两巷进行施工，因此切顶高度有限，在更高处若存在厚硬岩层这种方法效果并不理想；水力压裂一般受施工层位以及压裂成横向、纵向裂缝不同效果差别较大，若卸压不理想后续采煤时难以找到快速的补救卸压方法，导致采煤中断。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种地面钻井卸压的多煤层冲击矿压防治方法，包括如下步骤：

S1，自地面施工掏煤定向钻孔，掏煤钻孔垂直段施工于上山煤柱上方，多个掏煤钻孔水平段施工于最上部的煤层内，且平行于工作面推进方向沿倾向间隔分布；

优选的，所述掏煤定向钻孔为一孔多底钻孔，即掏煤定向钻孔包括一个掏煤钻孔垂直段和多个间隔分布的掏煤钻孔水平段，掏煤钻孔水平段的长度略大于工作面推进长度。

优选的，运输巷道内施工有掏煤钻孔水平段。

S2，通过掏煤定向钻孔进行最上部煤层的掏煤卸压工作，依次采取机械扩孔掏煤、水力扩孔掏煤、空气动力返排掏煤；

优选的，机械扩孔掏煤为通过不同尺寸的机械扩孔钻头逐级扩大洞穴体积；水力扩孔掏煤为使用水力射流工具，进行掏煤施工，扩大洞穴体积；空气动力返排掏煤为采用气举方式将钻孔内的水、煤屑返排至地面。

S3，基于地层岩性与厚度确定自最下部煤层以上的覆岩内所有厚硬岩层位置；

优选的，所述厚硬岩层包括关键层以及其他明显的厚度较大岩性较强的岩层；对于关键层，在弯曲下沉带内，其为工作面回采后离层产生处上方的厚硬岩层，在导水裂隙带内，包括基本顶等厚硬岩层；

关键层可以基于地层钻孔柱状及各岩层力学参数，通过数值模拟、理论计算手段确定，所述离层位置可以是单个工作面回采后离层产生位置也可以是多个工作面回采后离层产生位置；其他明显的厚硬岩层为除关键层以外的其他厚度较大岩性较强的岩层，本领域技术人员可以基于经验进行判断。

S4，自地面施工水力压裂定向钻孔，定向钻孔垂直段施工于上山煤柱上方，定向钻孔水平段施工于厚硬岩层内，且平行于工作面推进方向；

优选的，所述水力压裂定向钻孔为一孔多底钻孔，即水力压裂定向钻孔包括一个垂直段和不同层位所对应的多个水平段；水平段的长度略大于工作面推进长度。

S5，通过水力压裂定向钻孔进行水力压裂，在厚硬岩层内形成水平裂缝，将厚硬岩层分成多层薄岩层；

优选的，所述水力压裂定向钻孔和掏煤定向钻孔可以共用垂直段，首先进行厚硬岩层的水力压裂分层工作，然后在进行最上部煤层的掏煤卸压工作。