基于地面压裂和液体炸药爆破的褶皱型冲击地压控制方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，更具体地说是涉及一种基于地面压裂和液体炸药爆破的褶皱型冲击地压控制方法。

背景技术

褶皱构造是岩层或煤层在水平和垂直方向应力的挤压、扭转等作用下发生弯曲形成的一种构造。褶皱构造在我国众多矿区内普遍存在，其所在区域内分布较大的构造应力，工作面开采过程中极易诱发煤岩动力灾害，形成冲击地压。

针对褶皱构造区冲击地压难题，一般采用深孔爆破和加强支护两种方式协同控制。一方面，通过深孔爆破的方式减少褶皱构造区内的坚硬顶板内积聚的弹性能，降低其破断带来的动载扰动；另一方面，通过防冲液压支架、高强度锚杆锚索等增加回采巷道的承载能力，控制巷道变形。深孔爆破和加强支护两种方式虽然一定程度上可以降低褶皱构造区冲击地压，但是控制范围一般局限在单个工作面，难以覆盖多个工作面或者一个采区，同时工人劳动强度高，影响工作面正常生产。因此，目前急需一种控制范围大、劳动强度低、生产无影响的褶皱构造区冲击地压控制方法。

因此，如何提供一种控制范围大、劳动强度低、生产无影响的基于地面压裂和液体炸药爆破的褶皱型冲击地压控制方法是本领域亟需解决的技术问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于地面压裂和液体炸药爆破的褶皱型冲击地压控制方法。目的就是为了解决上述之不足而提供。

为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：

一种基于地面压裂和液体炸药爆破的褶皱型冲击地压控制方法，其操作过程包括以下步骤：

a、采用水压致裂法测量褶皱构造区内的不同岩层的水平应力和垂直应力；

b、采用Creo、NX或SolidWorks建模软件构建所述褶皱构造区的三维实体模型，并导入ABAQUS、FLAC

c、将步骤b中所述褶皱构造区内除煤层外水平应力大于σ

d、在多层所述冲击地压潜在危险区域的中间位置，采用钻井平台打垂直井，使得所述垂直井穿过多层所述冲击地压潜在危险区域；

e、在所述垂直井内利用高能射孔枪自底向上依次对多层所述冲击地压潜在危险区域进行射孔；

f、在垂直井内利用长度为L的封孔器对底端层的所述冲击地压潜在危险区域封孔；

g、采用爆速为v的乳化炸药作为压裂液压裂底端层的所述冲击地压潜在危险区域，当压裂产生的裂缝扩展范围超过底端层的所述冲击地压潜在危险区域宽度的1/n时，停止压裂；

h、引爆底端层的所述冲击地压潜在危险区域内的所述乳化炸药；

i、类似步骤f～h，对除底端层的其它所述冲击地压潜在危险区域进行封孔、压裂和爆破。

优选地，所述褶皱构造区中除所述煤层外水平应力和垂直应力划分的阈值σ

优选地，所述乳化炸药的爆速v在4500m/s～5500m/s之间。

优选地，所述封孔器的长度L与所述乳化炸药的爆速v相关，具体关系如下：

优选地，所述裂缝扩展范围超过底端的所述冲击地压潜在危险区域宽度的1/n与基本顶的普氏系数f相关：当0

优选地，多层所述冲击地压潜在危险区域包括底端层冲击地压潜在危险区域和第二层冲击地压潜在危险区域。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明该地压控制方法利用乳化炸药作为压裂液压裂褶皱构造区冲击地压危险位置；引爆裂缝和垂直井内乳化炸药，在冲击地压围岩区内形成破碎卸压带控制冲击地压，能够有效减少褶皱构造区的构造应力，降低冲击地压发生的概率，同时具有多个优点：控制范围大，可一次控制多个工作面；工人劳动强度低；不影响工作正常生产。

附图说明

图1～2为本发明一种基于地面压裂和液体炸药爆破的褶皱型冲击地压控制方法示意图；

图3高能射孔枪的示意图。

图中：1、褶皱构造区；2、煤层；3、底端层冲击地压潜在危险区域；4、第二层冲击地压潜在危险区域；5、钻井平台；6、垂直井；7、高能射孔枪；8、封孔器；9、乳化炸药；10、裂缝。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参照图1-3所示一种基于地面压裂和液体炸药爆破的褶皱型冲击地压控制方法，利用乳化炸药9作为压裂液压裂褶皱构造区1中底端层冲击地压潜在危险区域3和第二层冲击地压潜在危险区域4，其次引爆裂缝10和垂直井6内的乳化炸药9，在冲击地压围岩区内形成破碎卸压带控制冲击地压，具体操作过程如下：

以晋能控股集团某采区为例，该矿采区内存在褶皱构造区1，形成构造应力集中区域，开采过程中可能诱发冲击地压灾害，该采区的具体地质条件如下：煤层厚度4.0m，单轴抗压强度为8MPa；煤层基本顶的普氏系数为6；具体的地面压裂和爆破过程如下：

a、采用水压致裂法测量褶皱构造区1内的不同岩层的水平应力和垂直应力；

b、采用Creo、NX或SolidWorks建模软件构建褶皱构造区1的三维实体模型，并导入ABAQUS、FLAC

c、将步骤c中褶皱构造区1内除煤层2外水平应力大于24MPa或垂直应力大于32MPa的区域划分为底端层冲击地压潜在危险区域3和第二层冲击地压潜在危险区域4；

d、在冲击地压潜在危险区域3的中间位置，采用钻井平台5打垂直井6，使得垂直井6穿过底端层冲击地压潜在危险区域3和第二层冲击地压潜在危险区域4；

e、在垂直井6内利用高能射孔枪7自底向上依次对底端层冲击地压潜在危险区域3和第二层冲击地压潜在危险区域4进行射孔；

f、在垂直井6内利用长度为35.82m的封孔器8对底端层的冲击地压潜在危险区域3封孔；

g、采用爆速v为5000m/s的乳化炸药9作为压裂液压裂底端层冲击地压潜在危险区域3，当压裂产生的裂缝10扩展范围超过底端层冲击地压潜在危险区域3宽度的1/n时，停止压裂；

h、引爆底端层冲击地压潜在危险区域3内的乳化炸药9；

i、类似步骤f～h，对第二层冲击地压潜在危险区域4进行封孔、压裂和爆破。

本实施例中，褶皱构造区1中除煤层2外水平应力和垂直应力划分的阈值σ

本实施例中，乳化炸药9的爆速v在4500m/s～5500m/s之间。

本实施例中，封孔器8的长度L与乳化炸药9的爆速v相关，具体关系如下：

本实施例中，裂缝10扩展范围超过底端层冲击地压潜在危险区域3宽度的1/n与基本顶的普氏系数f相关：当0

本发明该地压控制方法利用乳化炸药作为压裂液压裂褶皱构造区冲击地压危险位置；引爆裂缝和垂直井内乳化炸药，在冲击地压围岩区内形成破碎卸压带控制冲击地压，能够有效减少褶皱构造区的构造应力，降低冲击地压发生的概率，同时具有多个优点：控制范围大，可一次控制多个工作面；工人劳动强度低；不影响工作正常生产。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。