一种煤矿冲击煤层高效水压致裂弱化防冲的判定方法
阅读说明：本技术 一种煤矿冲击煤层高效水压致裂弱化防冲的判定方法 (Method for judging coal mine impacted coal seam efficient hydraulic fracturing weakening scour prevention ) 是由 王永 王维斌 赵忠显 吴广彬 徐晓利 于 2019-08-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了煤矿技术领域的一种一种煤矿冲击煤层高效水压致裂弱化防冲的判定方法,该方法包括以下步骤：步骤一：测定煤层注水可注性指标：分别测试3煤层煤样的参数,根据判定规则判别3煤层的可注性；步骤二：测定冲击倾向性指标：分别测试3煤层煤样的动态破坏时间、冲击能量指数、弹性能量指数及单轴抗压强度；步骤三：测定不同浸水时间的冲击倾向性指标：对煤样试件分别浸水,并对应测试出其不同浸水时间时的动态破坏时间、弹性能量指数、冲击地压能量指数、单轴抗压强度,分析不同浸水时间下煤样冲击倾向性的变化,本方法通过实验室浸水实验测定煤层物理力学参数变化情况,避免直接决定采用水力压裂和煤层注水等措施的卸压操作。(The invention discloses a method for judging high-efficiency hydraulic fracturing weakening scour prevention of a coal mine impacted coal bed in the technical field of coal mines, which comprises the following steps: the method comprises the following steps: measuring the coal seam water injection injectibility index: respectively testing the parameters of the coal samples of the 3 coal seams, and judging the injectibility of the 3 coal seams according to a judgment rule; step two: determination of impact tendency index: respectively testing the dynamic failure time, the impact energy index, the elastic energy index and the uniaxial compressive strength of the coal sample of the 3 coal beds; step three: determining impact tendency indexes of different soaking times: the method comprises the steps of soaking a coal sample test piece respectively, testing dynamic destruction time, elastic energy index, rock burst energy index and uniaxial compressive strength of the test piece in different soaking times correspondingly, and analyzing change of impact tendentiousness of the coal sample in different soaking times.)
技术领域
本发明公开了一种煤矿冲击煤层高效水压致裂弱化防冲的判定方法，具体为煤矿技术领域。
背景技术
目前全国煤矿积极开展了冲击地压的防治卸压工作，主要以大孔径钻孔卸压为主，同时辅以煤层深孔***，上述手段能够有效疏导煤层内的高应力，降低冲击危险。但由于其卸压方式及施工方法等条件影响，存在不同的缺陷性，其中大孔径钻孔卸压方法存在施工工程量大，工人劳动强度高和影响巷道行人及物料运输等问题；而煤层深孔***方法不仅影响工作面的正常生产，封孔不严可能对巷道造成破坏，拒爆问题也会带来安全隐患。而煤层高压注水方法作为冲击地压一种防治手段已在其他矿井得到了广泛应用，与其他方法相比，煤层高压注水具有简单易行、施工费用低和适用性广的特点，采用煤层高压注水不仅可以通过卸压改变煤体的应力状态，还可以通过润湿煤体改变煤体的物理力学性质，从而降低其冲击属性。另外煤层注水还能够起到降尘、降温、防火和防突的作用，在防治冲击地压的同时兼顾其他灾害的防治，可谓一举数得，应当作为全国煤矿冲击地压防治的首选措施。
煤层高压注水压力一般在10MPa以上，甚至达到25MPa以上，其弱化原理是利用钻孔内高压水的作用，改变孔边煤岩体的应力状态，导致孔边起裂和裂缝扩展，进而利用裂隙水压力，控制水压裂缝的扩展，弱化煤岩体的整体力学特性；同时改变煤岩体的渗透性能，使煤岩体充分吸水湿润，进一步软化煤岩体。
煤层在浸水后的物理力学参数变化情况直接决定了采用水力压裂和煤层注水等措施的卸压效果。为探明水力压裂对于各地煤矿的适用性，需对矿主采煤层进行了实验室浸水实验测定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿冲击煤层高效水压致裂弱化防冲的判定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种煤矿冲击煤层高效水压致裂弱化防冲的判定方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：测定煤层注水可注性指标：分别测试3煤层煤样的原有水分(W)、孔隙率(n)、吸水率(δ)、坚固性系数(f)，根据判定规则判别3煤层的可注性；
步骤二：测定冲击倾向性指标：分别测试3煤层煤样的动态破坏时间、冲击能量指数、弹性能量指数及单轴抗压强度，综合判定煤的冲击倾向性；
步骤三：测定不同浸水时间的冲击倾向性指标：对煤样试件分别浸水，并对应测试出其不同浸水时间时的动态破坏时间、弹性能量指数、冲击地压能量指数、单轴抗压强度，分析不同浸水时间下煤样冲击倾向性的变化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方法通过实验室浸水实验测定煤层物理力学参数变化情况，避免直接决定采用水力压裂和煤层注水等措施的卸压操作，有效避免资源的浪费。
附图说明
图1为本发明煤的冲击倾向性类别、名称及指数测定图；
图2为本发明煤样动态破坏时间随浸水时间变化示意图；
图3为本发明煤样冲击能量指数随浸水时间变化示意图；
图4为本发明煤样弹性能量指数随浸水时间变化示意图；
图5为本发明煤样单轴抗压强度随浸水时间变化示意图。
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
以郓城煤矿3煤层为试样
1煤层注水可注性判别
1.1各指标测定结果
表1.11煤的原有水分测定记录表
表1.12煤的真密度测定记录表
表1.13煤的视密度测定记录表
表1.14煤的孔隙率测定记录表
表1.15煤的吸水率测定记录表
表1.16煤的坚固性系数测定记录表
1.2煤层注水可注性判定：郓城煤矿3煤层试样的原有水分为W＝1.37％，孔隙率为n＝17.99％，吸水率为δ＝1.59％，坚固性系数为f＝1.41，按照中华人民共和国煤炭行业标准MT/T1023-2006《煤层注水可注性鉴定方法》，煤样测试结果同时满足W≤4％、n≥4％、δ≥1％和f≥0.4四个条件，判定郓城煤矿3煤层为可注水煤层。
2煤层冲击倾向性浸水试验测定
2.1动态破坏时间浸水试验结果与分析
表2.11郓城煤矿3煤层试样动态破坏时间浸水试验结果
请参阅图2，3煤层试样的动态破坏时间随浸水时间的增加表现出先减小后增大的规律，在浸水10天时，动态破坏时间由原来的316ms下降到302ms，稍有降低，但之后随着浸水时间的延长，动态破坏时间大幅度增加，表明浸水10 天时，3煤层试样动态破坏时间的冲击倾向性有所增强，随后随着浸水时间的延长开始降低，浸水20天后保持较低水平。
2.2冲击能量指数浸水试验结果与分析
表2.21郓城煤矿3煤层试样冲击能量指数浸水试验结果
请参阅图3，3煤层试样冲击能量指数的变化规律与动态破坏时间的变化规律具有较好的相关性，3煤层试样的冲击能量指数随浸水时间的增加表现出先增大后减小的规律，在浸水10天时，冲击能量指数有所增强，之后随着浸水时间延长而减小，在浸水20天和30天时保持在较低水平。
2.3弹性能量指数浸水试验结果与分析
表2.31郓城煤矿3煤层试样弹性能量指数浸水试验结果
请参阅图4，煤样弹性能量指数的变化规律可用二次函数很好的拟合，整体上来说3煤层试样的弹性能量指数随着浸水时间的延长呈递减的规律，递减经验公式如图中所示，表明3煤层试样随浸水时间的增加弹性能量指数的冲击倾向性呈逐步降低的趋势。
2.4单轴抗压强度浸水试验结果与分析
表2.41郓城煤矿3煤层试样单轴抗压强度浸水试验结果
请参阅图5，3煤层试样单轴抗压强度的变化规律与弹性能量指数的变化规律有很好的相关性，同样可用二次函数很好的拟合，整体上来说3煤层试样的单轴抗压强度随着浸水时间的延长呈递减的规律，递减经验公式如图中所示，表明3煤层试样的单轴抗压强度随着浸水时间的延长也呈单调递减的规律。
2.5煤的综合冲击倾向性的浸水试验结果
表2.51煤样试件不同浸水时间的冲击倾向性
四个冲击倾向指标的测试结果，并遵照GB/T 25217.2-2010判定其冲击倾向性。从评判结果可以得出，煤层浸水对煤层的冲击倾向性存在一定的影响，浸水时间的不同，其冲击倾向性的变化亦不同，郓城煤矿3煤层试样在自然状态下为弱(偏强)冲击倾向性的煤样，在浸水10天时，动态破坏时间与冲击能量指数的冲击倾向性有所增强，弹性能量指数和单轴抗压强度的冲击倾向性有所降低，其综合评判结果仍为弱(偏强)冲击倾向性，在浸水20天时，3煤层试样冲击倾向性的综合评判结果仍为弱冲击倾向性，但4个指标的冲击倾向性均显著降低，在浸水30天时，3煤层试样部分指标的冲击倾向性持续降低，但整体来说其冲击倾向性较浸水20天时变化较小，其综合评判结果仍为弱冲击倾向性。
本次浸水试验是属于实验室静压注水，由煤样浸水后冲击倾向性的综合评判结果，静压注水将煤层由弱(偏强)冲击倾向性变为弱冲击倾向性，但4个指标的冲击倾向性均显著降低，表明3煤层试样通过注水可以显著降低其冲击倾向性。由于煤层注水防冲具有安全、高效、经济等优势，而且能兼顾防火、防尘、降温等综合作用。
故而，郓城煤矿主采的3煤采用煤层注水或水力压裂进行冲击地压防治具有可行性。
虽然在上文中已经参考了一些实施例对本发明进行描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效无替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举的描述仅仅是处于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而且包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。