申请/专利权人：河南理工大学

申请日：2023-08-15

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN117027802B

主分类号：E21C41/18

分类号：E21C41/18;E21C37/12;G06F30/13;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2023.11.28#实质审查的生效;2023.11.10#公开

摘要：本发明属于煤炭开采技术领域，尤其涉及一种地面水平井分段压裂区域超前防治煤矿冲击地压的方法，主要包括：冲击倾向性类型划分、区域防冲井位及井身结构设计、区域防冲压裂设计、防冲效果检验等，通过分段水力压裂，致使坚硬顶板致裂，消除应力集中现象，使顶板断裂能释放，达到对煤层开采时顶板冲击灾害的防治。

主权项：1.一种地面水平井分段压裂区域超前防治煤矿冲击地压的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.进行地质勘测，根据上覆岩层中顶板岩层的分布情况，分别测量煤层顶板岩体中每层岩体的抗拉强度、块体密度、弹性模量并记录；S2.冲击倾向性类型划分：根据S1中测得的数据，根据公式1计算单位宽度上覆岩层荷载，公式如下： 式中：q为单位宽度上覆岩层荷载，MPa；E1，E2...En为上覆第1层岩体的弹性模量，上覆第2层岩体的弹性模量...上覆第n层岩体的弹性模量，MPa；h1,h2...hn为上覆第1层岩体的厚度，上覆第2层岩体的厚度...上覆第n层岩体的厚度m；ρ1，ρ2...ρn为上覆第1层岩体的块体密度，上覆第2层岩体的块体密度...上覆第n层岩体的块体密度，kgm3；g为重力加速度，Nkg；当第n+1层对第1层的荷载小于第n层对第1层的载荷时，计算终止，取第n层的计算结果；再根据单位宽度上覆岩层荷载和公式2计算单一顶板岩层弯曲能量指数： 式中：UWQ为单一顶板岩层弯曲能量指数，kJ；Rt为岩石试件的抗拉强度，MPa；h为单一顶板厚度，m；E为岩石试件的弹性模量，MPa；再根据单一顶板岩层弯曲能量指数和公式3计算复合顶板弯曲能量指数： 式中：UWQS为复合顶板弯曲能量指数，kJ；UWQi为第i层弯曲能量指数，kJ；n为顶板分层数，复合顶板厚度取至煤层上顶板30m；计算出复合顶板弯曲能量指数后，进行顶板岩层冲击倾向性分类，分类标准见表1：表1 类别 I类 II类 III类 冲击倾向 无 弱 强 弯曲能量指数kJ UWQS≤15 15＜UWQS≤120 120＜UWQS S3.确定冲击地压防治范围和目标岩层层位：当冲击倾向性为III类时，根据前期煤田勘探孔资料，结合采煤厚度、煤层顶板岩性数据，基于矿压显现理论，利用“板”模型对工作面的初次来压步距进行计算，计算公式如下： 式中：LC为顶板初次来压步距，m；k为岩层的龟裂系数，k＝0.25～0.75,无量纲；σt为顶板岩层抗拉强度，MPa；h为顶板岩层厚度，m；q为顶板所受载荷，MPa；Ei为上覆第i层岩体的弹性模量，MPa；hi为上覆第i层岩体的厚度,m；γi为上覆第i层岩体的容重,kNm3；周期来压步距计算如下： 式中：Lz为顶板岩层周期来压步距，m；h为顶板岩层厚度，m；σt为顶板岩层抗拉强度，MPa；q为顶板所受载荷，MPa；根据计算结果确定两水平段之间的间距不大于220+Lz，水平井水平段长度800米，选取坚硬顶板作为目的层并在此基础上进行井身结构设计，其中一开钻至稳定基岩以下10m，J55套管下至基岩以下10m，水泥浆返深至地面；二开钻至目的层上部450m处开始造斜，以狗腿度6°30m钻至目的层后水平钻进，直至到达设计水平段长度，二开结构内下入P110套管；S4.区域防冲压裂设计：1压裂材料选择：根据测井地层数据，选用定向射孔+泵送桥塞光套管压裂的复合压裂工艺进行分段压裂作业，采用深穿透加强弹进行射孔作业，射孔有效深度800mm以上，选用活性水作为压裂施工液体，选用20～40目石英砂作为支撑剂；2压裂点及规模设计：分段压裂时簇间距不大于100+Lz，根据周期来压步距，以半周期来压步距为间距进行射孔，射孔长度为1m，射孔方向为定向两翼射孔；S5.根据以上步骤指导进行地面钻井并进行分段压裂；S6.压裂过程中采用压裂井微地震裂缝监测评价系统进行煤层顶板岩层水力压裂实时监测，直至压裂施工结束，根据水力压裂监测结果，检验防冲效果。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 河南理工大学 地面水平井分段压裂区域超前防治煤矿冲击地压的方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD