【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，屬于煤礦沖擊地壓防治。
技術介紹
1、隨著煤炭資源開采深度逐步增加，掘進巷道正面臨著高靜載應力環境下沖擊地壓防治難題，尤其是掘進巷道作業空間小，施工設備多，施工人員密集，更容易對人員、設備造成傷害，因此掘進巷道一般采用預卸壓方法對掘進迎頭進行卸壓，以保證掘進巷道的安全作業，但隨著礦井對快速掘進的需求，現有迎頭預卸壓工程施工量較大，難以滿足掘進期間的接續生產要求，導致巷道掘進速率大大降低。
2、目前，針對掘進巷道迎頭的預卸壓方法主要采用大直徑鉆孔預卸壓，但該方法需要在巷道迎頭隨掘隨卸，一般來說，大直徑卸壓鉆孔孔深僅在25m左右，同時需要預留一段計劃進尺長度，按照礦井掘進速度一天達到8m為例，即實際有效卸壓孔深僅為17m，以一條長度為1500m的掘進巷道來算，需要施工鉆孔88輪，極大程度影響了巷道掘進效率，且大直徑鉆孔卸壓范圍一般較小，僅能對迎頭一定范圍內的圍巖應力進行卸壓，無法對掘進巷道整體進行卸壓，導致在沖擊危險性較高或者應力水平較高的區域，卸壓后巷道仍會存在較高的沖擊性。
3、因此，如何提供一種新的方法，能有效解決上述技術問題，是本行業所需研究的方向之一。
技術實現思路
1、針對上述現有技術存在的問題，本專利技術提供一種基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，能使掘進巷道始終處于卸壓范圍內，大范圍釋放圍巖高靜載應力，有效降低巷道沖擊危險性，在保證安全的前提下，有效減少卸壓工程施工量，大幅降低卸壓工程對巷
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：一種基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，具體步驟為：
3、步驟一：根據掘進巷道地應力測試結果確定頂板分段水力壓裂范圍；根據掘進巷道施工區域鉆孔柱狀圖確定頂板分段水力壓裂層位；根據壓裂范圍及巷道布置確定頂板分段水力壓裂施工位置；根據施工鉆機的極限鉆孔深度確定頂板分段水力壓裂孔施工孔深，最終將上述確定的水力壓裂范圍、水力壓裂層位、水力壓裂施工位置和施工孔深作為頂板分段水力壓裂鉆孔施工方案；根據壓裂巖層的巖性確定水力壓裂水壓、壓裂間距和射孔簇數各自具體參數，并將上述參數作為頂板分段水力壓裂鉆孔壓裂方案；
4、步驟二：施工頂板分段水力壓裂鉆孔，鉆孔施工后通過礦用深孔鉆孔成像儀檢驗鉆孔施工效果，根據鉆孔施工效果確定是否重新施工壓裂鉆孔；
5、步驟三：對鉆孔進行水力壓裂，壓裂期間采用微震監測對壓裂效果進行檢驗，并根據壓裂效果確定壓裂充分區域及壓裂不充分區域；其中壓裂充分區域無需進行補充預卸壓或根據后續監測情況確定是否進行補充預卸壓，壓裂不充分區域需進行補充預卸壓；
6、步驟四：開始掘進巷道，并對壓裂不充分區域進行補充預卸壓；
7、步驟五：監測巷道掘進期間沖擊危險，確定巷道掘進期間動態沖擊危險區域，對沖擊危險區域進行解危卸壓。
8、進一步，所述步驟一中頂板分段水力壓裂鉆孔施工方案確定的具體過程為：
9、s1、根據掘進巷道地應力測試結果確定頂板分段水力壓裂范圍l，當地應力測試結果中最大水平主應力與垂直應力的比值大于2時，確定頂板分段水力壓裂范圍為掘進巷道中心線左右各30m，即l＝60m，反之則頂板分段水力壓裂范圍為掘進巷道中心線左右各15m，即l＝30m；
10、s2、根據掘進巷道施工區域鉆孔柱狀圖確定頂板分段水力壓裂層位，頂板分段水力壓裂層位為煤層上方發育較為穩定的厚度超過10m且單軸抗壓強度大于45mpa的砂巖層；
11、s3、根據壓裂范圍及巷道布置確定頂板分段水力壓裂施工位置，當水力壓裂范圍l為60m時，壓裂孔施工位置為距巷道中心線兩側各1/4l位置處，當水力壓裂范圍l為30m時，壓裂孔施工位置為巷道中心線位置處；
12、s4、根據施工鉆機確定水力壓裂孔施工孔深，鉆孔施工深度為不大于施工鉆機極限鉆孔深度的70％；
13、s5、根據上述確定的水力壓裂范圍、水力壓裂層位、水力壓裂施工位置和施工孔深作為頂板分段水力壓裂鉆孔施工方案。
14、進一步，所述步驟一中頂板分段水力壓裂鉆孔壓裂方案確定的具體過程為：
15、①根據壓裂巖層的巖石抗拉強度及地應力測試結果，確定水力壓裂的水壓最小值，具體計算方式如下：
16、p＝γσv+σt?????????????????????????????(1)
17、式中：p表示水力壓裂的水壓最小值，mpa；γ表示應力差系數，一般為1～2；σv表示掘進巷道垂直應力，mpa；σt表示巖層抗拉強度，mpa；
18、②根據壓裂巖層的巖石抗拉強度確定走向壓裂間距，當巖石抗拉強度σt＜3mpa，最大走向壓裂間距x≤50m；當巖石抗拉強度σt為3mpa≤σt＜5mpa，最大壓裂間距x≤40m；當巖石抗拉強度σt≥5mpa，最大壓裂間距x≤30m；
19、③根據壓裂巖層的巖石抗拉強度確定射孔簇數，當巖石抗拉強度σt＜3mpa，射孔簇數不大于4簇；當巖石抗拉強度σt為3mpa≤σt＜5mpa，射孔簇數不大于3簇；當巖石抗拉強度σt≥5mpa，射孔簇數不大于2簇；
20、④將上述確定的水力壓裂水壓、壓裂間距和射孔簇數各自具體參數，作為頂板分段水力壓裂鉆孔壓裂方案。
21、進一步，所述步驟二中檢驗鉆孔施工效果的具體過程為：
22、根據礦用深孔鉆孔成像儀成像結果，計算鉆孔成孔后孔截面面積，與設計鉆孔孔截面面積對比，若比值小于30％，則認為鉆孔施工效果較差，需要重新進行鉆孔；反之，則認為鉆孔施工效果良好，進行下一步壓裂工作，具體計算公式為：
23、
24、式中：s表示鉆孔施工效果指數，s≥30％表示施工效果良好，s<30％表示施工效果較差；as表示成孔后孔截面面積，mm2；ay表示設計孔截面面積，mm2。
25、進一步，所述步驟三中壓裂效果進行檢驗的具體過程為：
26、壓裂期間采用微震監測對每段壓裂效果進行檢驗，記錄微震發生位置，分別確定壓裂區域內微震事件的最大發育寬度和長度，計算微震發育面積ss，將其與該壓裂段設計壓裂面積sy進行對比，計算壓裂效果指標k，其具體計算方法如下：
27、
28、式中：k表示壓裂效果指標，k≥70％表示壓裂效果優秀，70％＞k≥40％表示壓裂效果良好，k<40％表示壓裂效果較差，需要進行補充預卸壓；ss表示微震發育面積，m2；sy表示設計壓裂面積，m2。
29、進一步，所述步驟三中壓裂充分區域及壓裂不充分區域具體確定過程為：壓裂效果優秀區域和壓裂效果良好區域均確定為壓裂充分區域，其中壓裂效果優秀區域不需進行補充預卸壓，壓裂效果良好區域根據后續監測情況確定是否進行補充預卸壓；壓裂效果較差確定為壓裂不充分區域需進行補充預卸壓。
30、進一步，所述步驟四中補充預卸壓具體為：采用大直徑鉆孔本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，具體步驟為：
2.根據權利要求1所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟一中頂板分段水力壓裂鉆孔施工方案確定的具體過程為：
3.根據權利要求1所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟一中頂板分段水力壓裂鉆孔壓裂方案確定的具體過程為：
4.根據權利要求1所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟二中檢驗鉆孔施工效果的具體過程為：
5.根據權利要求1所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟三中壓裂效果進行檢驗的具體過程為：
6.根據權利要求5所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟三中壓裂充分區域及壓裂不充分區域具體確定過程為：壓裂效果優秀區域和壓裂效果良好區域均確定為壓裂充分區域，其中壓裂效果優秀區域不需進行補充預卸壓，壓裂效果良好區域根據后續監測情況確定是否進行補充預卸壓；壓裂效果較差確定為壓裂不充分區域需進行補充預卸壓。
7.根據權利要求1所述
8.根據權利要求1所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟五中解危卸壓具體為：采用迎頭煤體爆破解危，在掘進迎頭中心沿煤層走向布置一個解危鉆孔，孔深為20m，孔徑45mm，裝藥長度8m，裝藥量4kg；解危后對巷道沖擊危險進行校驗，若巷道此時仍具有沖擊危險性，則輔以迎頭大直徑鉆孔解危，在原解危孔兩側各1m布置大直徑鉆孔，孔深25m，孔徑150mm。
9.根據權利要求1所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟五具體為：采用微震監測、鉆屑監測、地音監測和應力在線監測中不少于2種監測方法對巷道掘進期間沖擊危險性進行監測，當其中任意一種監測方法確定掘進巷道具有沖擊危險時，則判定此時巷道具有沖擊危險，并確定動態沖擊危險區域，接著對沖擊危險區域進行解危卸壓。
...【技術特征摘要】
1.一種基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，具體步驟為：
2.根據權利要求1所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟一中頂板分段水力壓裂鉆孔施工方案確定的具體過程為：
3.根據權利要求1所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟一中頂板分段水力壓裂鉆孔壓裂方案確定的具體過程為：
4.根據權利要求1所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟二中檢驗鉆孔施工效果的具體過程為：
5.根據權利要求1所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟三中壓裂效果進行檢驗的具體過程為：
6.根據權利要求5所述基于水力壓裂的掘進巷道超前預卸壓方法，其特征在于，所述步驟三中壓裂充分區域及壓裂不充分區域具體確定過程為：壓裂效果優秀區域和壓裂效果良好區域均確定為壓裂充分區域，其中壓裂效果優秀區域不需進行補充預卸壓，壓裂效果良好區域根據后續監測情況確定是否進行補充預卸壓；壓裂效果較差確定為壓裂不充分區域需進行補充預卸壓。
7.根據權利要求1所述基于水...
【專利技術屬性】
技術研發人員：彭雨杰，曹安業，郝琪，薛成春，呂國偉，王崧瑋，白賢棲，劉耀琪，王強，王常彬，楊耀，謝永勤，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：
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