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专利号: 202010064329X
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 土层或岩石的钻进;采矿
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法,其特征在于,包括以下步骤:

a、根据地质及采矿条件,分析评价采掘工程及相邻各区域的冲击危险性,确定冲击地压主控因素,判断冲击震动源的位置和强度,确定冲击地压危险区域(4);

b、若步骤a判断受到顶板断裂的影响;在步骤a的基础上,根据冲击震动源(3)、冲击地压危险区域(4)的位置和范围及煤岩层属性、特征参数,并结合室内煤岩试样动载应力波能量分析结果,确定顶板断裂冲击震动源(3)的实际能量;

c、若步骤a判断受到断层活化的影响,在步骤a的基础上,还需要确定断层活化冲击应力波传播路径(13);

d、根据步骤b或步骤c的参数,制定煤矿井下远程区域精准防控工艺参数,包括:定向钻进和分段可控压裂的钻孔轨迹设计、分段压裂间距、压裂水压/流量、压裂方向;

e、根据步骤d的设计,利用千米定向钻机通过钻场(1)向高位顶板冲击震动源(3)或冲击应力波传播路径(13)区域施工定向长钻孔(6)及若干个分支钻孔;再依次下入压裂管和封隔器,采用从钻孔深处由内向外,按照后退式、逐级、分段进行可控压裂;

f、反演研究定向钻孔分段压裂的有效影响区域,并对比分段可控压裂前后顶板断裂冲击震动源的实际能量;检测是否达到预期目标。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法,其特征在于:步骤b中,煤矿顶板(5)断裂震源的实际能量来源包含:顶板弯曲能、断裂能和冲击能三部分;实际能量的获得包括如下步骤:b1、将顶板断裂前岩层结构简化为弹性基础梁结构,综合考虑顶板(5)及上覆岩层的压力、采面超前支承压力影响范围、断裂前顶板(5)悬顶长度、顶板(5)岩性及物理力学性质,分析顶板位移变化和弯矩变化,可计算得到顶板弯曲能;

b2、通过上覆岩层厚度、顶板(5)断裂后弹性梁发生压缩、反弹的空间区域位置,研究顶板(5)破断过程中的能量聚积与释放过程,计算得到顶板(5)断裂能;

b3、根据顶板(5)岩性及物理力学性质、顶板(5)厚度、断裂尺度、悬空长度和高度、距离巷道或工作面距离,可计算得到顶板断裂后作用于巷道或工作面的冲击能;

b4、综合考虑煤矿煤岩层赋存特征和物理力学性质,结合采场结构及演化特征、能量转换及守恒理论,即可确定顶板断裂震源的实际能量。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法,其特征在于:在步骤d的实施中,包括:结合步骤a和步骤b或步骤a和步骤c的结果,根据试验矿井巷道所在的煤岩层及巷道三区的实际地质条件,以弹性/弹塑性材料为基础,建立几何模型,采用有限元数值模拟方法,进行单段压裂、双段分段压裂和多段压裂数值模拟实验,制定并优化包括:定向钻进和分段可控压裂的钻孔轨迹设计、分段压裂间距、压裂水压/流量、压裂方向关键技术的工艺参数。

4.根据权利要求1所述的煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法,其特征在于:步骤e的实施中,所述千米定向钻机钻井工作过程中,钻孔穿透冲击震动源(3)或冲击地压危险区域(4)在15米以上;同时若干个分支钻孔空白区不大于5米。

5.根据权利要求1所述的煤矿井下远程区域精准防控冲击地压方法,其特征在于:所述步骤f的实施中,采用微震监测和震动定位分析,研究刻画远距离定向钻孔分段压裂裂缝的长度、宽度、高度、大小和扩展方向的空间分布形态及其动态扩展过程,确定远距离分段压裂有效影响范围,并结合顶板断裂冲击震动源实际能量的降低量,综合定量评价远程区域精准防控效果。