一种长钻孔分段定点控制性压裂防治动力灾害的方法

本发明涉及巷道动力灾害防治技术领域，特别是指一种长钻孔分段定点控制性压裂防治动力灾害的方法。

背景技术：

随着我国浅部矿产资源的逐渐消耗，矿产的深部开采已迫在眉睫，但深部开采面临着高温高压的问题，尤其是随着深度的增加巷道掘进过程中冲击地压和岩爆等动力灾害时常发生，给采矿工作及工作人员带来巨大的生命财产威胁。所以，对于动力灾害的预防控制就显得尤为重要。

现在对动力灾害的防治方法主要是对岩体进行的集中应力释放，而应力释放的方法是对煤岩体进行卸压或防护。中国专利cn110107352a公开了一种煤矿巷道迎头岩爆发生前的防护方法，主要内容为：预测岩爆来临之前，在巷道迎头布置2道防护结构(墙垛)，在墙垛之间安装防护门以阻挡飞石和冲击波。所采用的方法并不能准确预测岩爆何时发生而进行及时防护，这就会影响巷道的掘进计划，并且即使一次岩爆防护成功，并不能保证二次岩爆的不发生，这在巷道掘进过程中依然有一定危险性。中国专利cn102425416a公开了一种煤矿高应力区域巷道掘进工作面冲击地压防治方法，主要内容为：在巷道工作面，沿巷道走向，进行两次大直径钻孔卸压；常规深孔爆破卸压，边卸压，边掘进。所采用的方法工艺复杂，深孔爆破卸压难以控制，可能会带来更大的危害。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种长钻孔分段定点控制性压裂防治动力灾害的方法。

该方法包括步骤如下：

s1：在巷道掘进面中心钻取大直径卸压孔，卸压孔的直径为100-200mm，卸压孔钻孔深度为50-200m；

s2：在卸压孔内根据现场的设计要求为压裂段进行预割缝；

s3：在巷道周围空间的不同位置安装高精度微震监测系统，用于实时监测裂隙的发育以便控制裂隙的发育范围，以便控制水力压裂的范围和效果；

s4：卸压孔周围的压力释放之后，在孔底装入封孔器并注入高压水，注水压力大于30mpa，待第一段压裂段完毕后根据微震监测系统的监测结果调整分段压裂间距再进行下一段的压裂工作；

s5：循环s4直至整个卸压孔压裂完毕。

为确保现场施工安全，最后一个割缝、压裂位置距离巷道迎头不小于15m。

其中，s2中压裂段根据压裂时微震监测范围进行确定。

s2中预割缝采用水力割缝工艺，割缝位置即为裂隙发育位置。

s3中高精度微震监测系统包括高精度微震检波器，高精度微震检波器的数量不少于4个；安装位置根据现场情况确定，确保各高精度微震检波器不在同一个平面或剖面上，能够形成空间布置。

s4中封孔器为矿用高压水致裂式的封孔器。

s4中调整分段压裂间距具体为：压裂间距在微震监测沿轴向一次压裂范围的基础上增加不超过5m。如：若微震监测沿轴向一次压裂范围为20m，则压裂间距可调整为20～25m。

第一段压裂段从卸压孔的孔底开始，逐渐向孔口方向进行下一段的压裂工作。

当钻孔施工到预定深度后，由于深部硬岩巷道围岩强度较大，常规压裂难以起裂；因此需要在准备压裂的位置进行超高压水力割缝预先制造一个裂缝，高压泵的压力不小于100mpa，流量不小于60l/min，通过预割缝降低下一步正常压裂时的起裂压力。

之后，根据理论计算结果，巷道掘进扰动范围一般不超过3倍的巷道半径，因此压裂期间需确保压裂裂缝扩展范围不小于3倍的巷道半径。现场施工时，控制压裂裂缝延伸范围在4～5倍的巷道半径，即可有效解除巷道掘进时动力灾害风险。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，能够有效释放煤岩体内集聚的弹性能，并减弱岩体蓄能能力来防治动力灾害(本发明指冲击地压和岩爆灾害)。压裂时采用高精度微震监测系统对裂隙发育范围和卸压效果进行实时监控，避免压裂范围小起不到防治动力灾害效果或压裂范围太大导致工程浪费。该方法具有施工工艺简单，且能一次性大范围区域性消除巷道动力灾害风险。

附图说明

图1为本发明实施例中裂隙发育及卸压前后应力曲线示意图；

图2为本发明实施例中超高压水力割缝连接示意图；

图3为本发明实施例中封孔器工作示意图；

图4为本发明实施例中压裂效果示意图。

其中：1—围岩；2—巷道；3—卸压孔；4—高精度微震检波器；5—水箱；6—超高压橡胶管；7—压力计；8—流量计a；9—超高压清水泵；10—螺纹接头；11—超高压旋转水尾；12—水力割缝浅螺旋转杆；13—高低压转换割缝器；14—金刚石复合片钻头；15—预割缝；16—封孔器供水管；17—封孔器压裂段供水管；18—封孔器；19—封孔管路；20—压裂管路；21—压力传感器；22—压裂管路截止阀；23—封孔管路截止阀；24—压力表；25—流量计b；26—卸载阀；27—供水泵；28—供水管；29—封孔器注水系统；30—发育裂隙；31—预割缝扩张裂隙；32—第一段压裂段；33—第二段压裂段。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种长钻孔分段定点控制性压裂防治动力灾害的方法。

该方法包括步骤如下：

s1：在巷道掘进面中心钻取大直径卸压孔，卸压孔的直径为100-200mm，卸压孔钻孔深度为50-200m；

s2：在卸压孔内根据设计要求为压裂段进行预割缝；

s3：在巷道周围空间的不同位置安装高精度微震监测系统，用于实时监测裂隙的发育以便控制裂隙的发育范围；

s4：卸压孔周围的压力释放之后，在孔底装入封孔器并注入高压水，注水压力大于30mpa，待第一段压裂段完毕后根据微震监测系统的监测结果调整分段压裂间距再进行下一段的压裂工作；

s5：循环s4直至整个卸压孔压裂完毕。

下面结合具体实施例予以说明。

如图1所示，在围岩1的巷道2巷道迎头面中心钻取大直径卸压孔3，钻取一定深度向孔内压风和注低压水辅助排渣，钻孔的直径为100mm～200mm，钻孔深度为50m～200m(可选,根据现场设备确定)。

当钻取到预定深度后，将超高压水力切缝装置按图2所示进行连接，割缝作业前将水箱5加满水(割缝期间要求对水箱持续供水)并做好排水系统准备和供电系统准备，水箱5通过超高压橡胶管6连接超高压清水泵9，超高压清水泵9上设置压力机7和流量计a8，超高压清水泵9后接超高压橡胶管的螺纹接头10插入超高压旋转水尾11，超高压旋转水尾11连接水力割缝浅螺旋转杆12，水力割缝浅螺旋转杆12连接高低压转换割缝器13，高低压转换割缝器13上安装金刚石复合片钻头14，卸压孔3内设置预割缝15；之后开启超高压清水泵9，当压力计7显示大于100mpa且流量计a8显示流量大于60l/min时，高低压转换割缝器13处于高压状态，此时高低压转换割缝器13前端闭合，具有切割功能。保持钻机整体旋转后退，进行压裂段的水力切割。

之后，在巷道2周围空间的不同位置安装高精度微震检波器4，用于实时监测裂隙的发育以便控制裂隙的发育范围和调整分段压裂间距，裂隙发育半径范围应为巷道半径的4～5倍，不宜过大或过小，过小起不到控制动力灾害的效果，过大会导致资源浪费。如图1所示裂隙发育范围示意图。

高精度微震检波器4安装完成后，在巷道迎头安装高压水压裂系统，对大直径卸压孔3在孔底装入封孔器18并注入高压水，注水压力应大于30mpa，待第一段压裂段32压裂完毕后封孔器向孔口方向移动5-10m(根据微震监测系统的监测结果调整分段压裂间距)再进行第二段压裂段33的割缝与压裂，如此循环直至整个卸压孔压裂完毕。为确保现场施工安全，最后一个割缝、压裂位置距离巷道迎头不小于15m。压裂效果示意图如图4所示，围岩1内有发育裂隙30和预割缝扩张裂隙31。

注水工艺如图3所示，所涉及的封孔器注水系统29由封孔管路19、压裂管路20、压力传感器21、压裂管路截止阀22、封孔管路截止阀23、压力表24、流量计b25、卸载阀26、供水泵站27、供水管28组成。封孔器18上设置封孔器供水管16和封孔器压裂段供水管17。其工作过程为：打开卸载阀26再打开供水泵站27将水通过供水管28注入封孔器18中，待所注水达到一定压力之后关闭封孔管路截止阀23，完成封孔。之后，打开压裂管路截止阀22，将高压水注入所要压裂段，完成本段压裂工作之后，向孔口方向移动5-10m(根据微震监测系统的监测结果调整分段压裂间距)进行下一段的压裂直至整个卸压孔压裂完毕(最后一个割缝和压裂段应距孔口大于15m)。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。