GB∕T 25217.14-2020 冲击地压测定、监测与防治方法 第14部分：顶板水压致裂防治方法

书书书犐犆犛７３．０１０犇０４!#$%&’’()*犌犅／犜２５２１７．１４—２０２０!#$%&、’%()*+,-１４./：012$34)*+,犕犲狋犺狅犱狊犳狅狉狋犲狊狋，犿狅狀犻狋狅狉犻狀犵犪狀犱狆狉犲狏犲狀狋犻狅狀狅犳狉狅犮犽犫狌狉狊狋—犘犪狉狋１４：犘狉犲狏犲狀狋犻狅狀犿犲狋犺狅犱狅犳狉狅狅犳犺狔犱狉犪狌犾犻犮犳狉犪犮狋狌狉犻狀犵２０２０１１１９56２０２１０６０１78’(+,-./012’()*3/045656书书书前　　言　　ＧＢ／Ｔ２５２１７《冲击地压测定、监测与防治方法》分为１４个部分：———第１部分：顶板岩层冲击倾向性分类及指数的测定方法；———第２部分：煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法；———第３部分：煤岩组合试件冲击倾向性分类及指数的测定方法；———第４部分：微震监测方法；———第５部分：地音监测方法；———第６部分：钻屑监测方法；———第７部分：采动应力监测方法；———第８部分：电磁辐射监测方法；———第９部分：煤层注水防治方法；———第１０部分：煤层钻孔卸压防治方法；———第１１部分：煤层卸载爆破防治方法；———第１２部分：开采保护层防治方法；———第１３部分：顶板深孔爆破防治方法；———第１４部分：顶板水压致裂防治方法。本部分为ＧＢ／Ｔ２５２１７的第１４部分。本部分按照ＧＢ／Ｔ１．１—２００９给出的规则起草。本部分由中国煤炭工业协会提出并归口。本部分起草单位：中国矿业大学、煤炭科学技术研究院有限公司、兖矿集团有限公司、神华新疆能源有限责任公司、天地科技股份有限公司。本部分主要起草人员：窦林名、贺虎、齐庆新、王富奇、曹安业、陈建强、赵善坤、杜涛涛、蔡武。Ⅰ犌犅／犜２５２１７．１４—２０２０冲击地压测定、监测与防治方法第１４部分：顶板水压致裂防治方法１　范围ＧＢ／Ｔ２５２１７的本部分规定了冲击地压顶板水压致裂防治方法的术语和定义、仪器与设备、顶板水压致裂条件、直接水压致裂方法、定向水压致裂方法、效果检验、安全要求。本部分适用于冲击地压顶板水压致裂防治方法。２　规范性引用文件下列文件中对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ＧＢ／Ｔ２３５６１．１０—２０１０　煤和岩石物理力学性质测定方法　第１０部分：煤和岩石抗拉强度测定方法ＧＢ／Ｔ２５２１７．１—２０１０　冲击地压测定、监测与防治方法　第１部分：顶板岩层冲击倾向性分类及指数的测定方法３　术语和定义下列术语和定义适用于本文件。３．１顶板水压致裂　狉狅狅犳犺狔犱狉犪狌犾犻犮犳狉犪犮狋狌狉犻狀犵在顶板岩层中注入高压液体，使顶板岩层产生新的或扩大原有裂隙，达到控制顶板断裂与能量释放的防冲技术。３．２直接水压致裂　犱犻狉犲犮狋犺狔犱狉犪狌犾犻犮犳狉犪犮狋狌狉犻狀犵在顶板岩层中施工致裂孔，封孔后注入高压液，致裂顶板岩体，达到控制顶板断裂与能量释放的防冲技术。３．３定向水压致裂　犱犻狉犲犮狋犻狅狀犪犾犺狔犱狉犪狌犾犻犮犳狉犪犮狋狌狉犻狀犵在顶板岩层中人为地切割一个定向预裂缝，然后注入高压液，将岩体沿定向预裂缝致裂，达到控制顶板断裂与能量释放的防冲技术。３．４定向预裂缝　犱犻狉犲犮狋犻狅狀犪犾犻狀犻狋犻犪犾犮狉犪犮犽在致裂钻孔中切割出的狭长切口，断面的形状与楔子类似。３．５割缝刀具　犱犲狏犻犮犲犳狅狉犮犪狉狉狔犻狀犵狅狌狋犻狀犻狋犻犪犾犮狉犪犮犽能够完成定向预裂缝切割的钻具。１犌犅／犜２５２１７．１４—２０２０３．６封孔器　犫狅狉犲犺狅犾犲狊犲犪犾犻狀犵安装在致裂孔中，用于对致裂段进行密封的装置。３．７致裂孔　犳狉犪犮狋狌狉犻狀犵犫狅狉犲犺狅犾犲实施致裂工作的钻孔。３．８检测孔　犱犲狋犲犮狋犻狅狀犫狅狉犲犺狅犾犲在致裂孔附近施工的钻孔，用于窥视或观测致裂液体的流出，确定致裂扩展范围与效果。４　仪器与设备４．１　仪器设备钻机、高压大流量泵、高压管路与控制阀、割缝刀具、封孔器、压力表（压力传感器）、钻孔窥视仪。４．２　仪器技术指标４．２．１　高压大流量泵的额定压力应大于理论计算出的致裂压力，计算公式参见附录Ａ，流量不应小于８０Ｌ／ｍｉｎ。４．２．２　高压管路额定工作压力不应小于泵站额定压力的１．５倍。４．２．３　封孔器额定工作压力不应小于致裂压力的１．１倍。４．２．４　割缝刀具切割出的定向预裂缝直径不小于钻孔直径的２倍。５　顶板水压致裂条件５．１　顶板水压致裂适用岩层５．１．１　直接水压致裂与定向水压致裂适用于顶板岩层单层厚度大于２ｍ的硬质岩岩层。５．１．２　定向水压致裂段岩层应为无显著裂隙、软弱夹层等的均一、完整岩层。５．２　顶板水压致裂基础资料５．２．１　致裂地点顶板岩层钻孔柱状图与岩层等厚线图应准备完备。５．２．２　待压裂顶板应按照ＧＢ／Ｔ２３５６１．１０—２０１０的规定进行抗拉强度测试。５．２．３　待压裂顶板应按照ＧＢ／Ｔ２５２１７．１—２０１０的规定进行冲击倾向性测试。５．２．４　联接管路应进行密封性能试验，试验压力不小于致裂压力。５．３　顶板水压致裂适用条件５．３．１　受坚硬顶板影响的具有中等冲击危险及以上的区域，可实施顶板水压致裂，并超前工作面１５０ｍ完成致裂工作。５．３．２　工作面回采过程中监测顶板活动剧烈、冲击危险等级提高时，对监测异常区域范围内实施顶板水压致裂，实施期间停止工作面回采。２犌犅／犜２５２１７．１４—２０２０６　直接水压致裂方法６．１　方案设计６．１．１　直接水压致裂的设计与实施应编制专门方案，内容包括施工地点地质情况与图纸、所需仪器设备、设计参数、施工方法、施工人员及单位、安全措施等。６．１．２　直接水压致裂可对顶板进行水平分层致裂、倾斜致裂、水平分层与倾斜综合致裂，参见附录Ｂ所示。６．１．３　致裂孔间距不宜大于平均致裂直径的０．８倍。６．１．４　加压系统宜采用双回路加压，分别向封孔器和加压段施加压力。６．２　工艺流程６．２．１　施工致裂孔致裂孔直径应大于封孔器外径、小于封孔器最大膨胀直径２ｍｍ以上。钻孔壁不应出现螺纹与台阶。致裂孔完成后，使用钻孔窥视仪进行窥视，满足孔壁光滑要求后，进行下一步工作。６．２．２　封隔压裂段直接水压致裂宜采用双回路双端封孔方式，将两个封孔器串接并高压泵相连，对封孔器进行注液加压，使封孔器与致裂钻孔孔壁紧密接触，形成充水加压孔段。６．２．３　注液压裂所有管路连接安装牢靠后启动高压泵，管路连接参见附录Ｃ。向压裂段施加水压，按理论计算的致裂压力稳定升压，加压时应观察压力表的变化。当压力出现明显下降时，可判断顶板被致裂。如附近有检测孔，致裂液扩展至检测孔后即可停止加压。如没有检测孔，压裂后继续加压，如压力下降后又升压，需继续加压直到再下降时停止，加压时间一般不小于１０ｍｉｎ。６．２．４　首次使用致裂半径确定与检验在致裂孔附近施工检测孔，深度应大于致裂孔至少１ｍ，角度应与致裂孔平行。观测检测孔中是否有致裂液体流出，判断致裂半径大小。应进行３次以上致裂试验，且每次致裂不应相互影响，一次致裂成功后，逐步增加检测孔与致裂孔之间的距离，裂隙不能扩展至检测孔后，可停止试验，以确定致裂半径范围，同时记录不同致裂半径下所需要的加压时间。６．２．５　正常致裂期间效果检验致裂完成后，当前一个致裂孔中有致裂液流出时，或超过设计半径处顶板锚杆、锚索渗出致裂液体，表明致裂效果良好。６．２．６　施工工艺流程直接水压致裂施工工艺流程见图１所示，致裂施工记录表参见附录Ｄ。３犌犅／犜２５２１７．１４—２０２０图１　直接水压致裂施工工艺流程图７　定向水压致裂方法７．１　方案设计７．１．１　定向水压致裂的设计与实施应编制专门方案，内容包括施工地点地质情况与图纸、所需仪器设备、设计参数、施工方法、施工人员及单位、安全措施等。７．１．２　顶板定向水压致裂可对顶板进行水平分层致裂、倾斜致裂、水平分层与倾斜综合致裂，参见附录Ｂ。７．１．３　致裂孔间距不宜大于平均致裂直径的０．８倍。７．１．４　单孔多次致裂时应采用前进式致裂法，即从钻孔浅部向深部逐次压裂。７．１．５　加压系统宜采用单回路加压，一道管路同时向封孔器和加压段施加压力。７．２　定向水压致裂流程７．２．１　施工致裂孔致裂孔直径应大于封孔器外径、小于封孔器最大膨胀直径２ｍｍ以上。钻孔壁不应出现螺纹与台阶状。致裂孔完成后，使用钻孔窥视仪进行窥视，满足孔壁光滑要求后，进行下一步工作。７．２．２　施工定向预裂缝致裂孔施工完成后，利用割缝刀具在钻孔底部切割定向预裂缝。切割完成后使用钻孔窥视仪进行窥视，确定定向预裂缝符合要求后，进行下一步工作。７．２．３　封孔与注液压裂将高压管路与封孔器相连，将封孔器送入钻孔中，封孔器端头至定向预裂缝下部，管路连接参见附录Ｃ。查看确认所有管路连接安装牢靠后启动高压泵，按理论计算的致裂压力稳定升压，加压时应观察压力表变化。当压力出现明显下降时，可判断顶板被致裂。如附近有检测孔，致裂液扩展至检测孔后即可停止加压。如没有检测孔，压裂后继续加压，如压力下降后又升压，应继续加压直到再下降时停止，加压时间不宜不小于１０ｍｉｎ。７．２．４　首次使用致裂半径确定与检验在致裂孔附近施工检测孔，应大于致裂孔至少１ｍ，角度应与致裂孔平行。观测检测孔中是否有致裂液体流出，判断致裂半径大小。应进行３次以上致裂试验，且每次致裂不应相互影响，一次致裂成功后，逐步增加检测孔与致裂孔之间的距离，裂隙不能扩展至检测孔后，可停止试验，以确定致裂半径范４犌犅／犜２５２１７．１４—２０２０围，同时记录不同致裂半径下所需要的加压时间。７．２．５　正常致裂期间效果检验致裂完成后，当前一个致裂孔中有致裂液流出时，或超过设计半径处顶板锚杆、锚索渗出致裂液体，表明致裂效果良好。７．２．６　施工工艺流程定向水压致裂施工工艺流程见图２所示，致裂施工记录表参见附录Ｄ。图２　定向水压致裂施工工艺流程图８　效果检验８．１　监测致裂区域顶板的垮落步距、来压强度与工作面工作阻力变化，当顶板运动强度减弱时，具有防冲效果。８．２　利用煤体应力、电磁辐射、钻屑法、微震监测等方法，对致裂期间与区域进行冲击危险性监测，上述冲击危险指标降低时，具有防冲效果。９　安全要求９．１　高压管路应正确连接。９．２　致裂孔外悬露的高压管应固定，防止封孔器失效时孔内高压管路在高压水作用下甩出。９．３　液压控制设备应布置在距离致裂孔不小于２０ｍ的地方。９．４　在水压致裂过程中，除操作人员外，其他人员应远离水压致裂孔至少５０ｍ。９．５　操作人员以及水压致裂过程的测量人员应位于支护条件良好的区域。９．６　撤除期间不应站在钻孔的正下方施工，防止高压管路下滑伤人。９．７　水压致裂过程结束后，应检查附近巷道内的锚杆锚索状态，排除可能存在的顶板离层垮落危险。５犌犅／犜２５２１７．１４—２０２０附　录　犃（资料性附录）水压致裂理论压力犃．１　直接水压致裂理论压力宜按公式（Ａ．１）计算：狆１＝１．３（３σ３－σ１＋犚ｔ）…………………………（Ａ．１）　　式中：狆１———直接水压致裂所需启动压力估算值，单位为兆帕（ＭＰａ）；σ１———致裂点最大主应力，单位为兆帕（ＭＰａ）；σ３———致裂点最小主应力，单位为兆帕（ＭＰａ）；犚ｔ———致裂点顶板岩层抗拉强度，单位为兆帕（ＭＰａ）。犃．２　定向水压致裂理论压力宜按公式（Ａ．２）计算：狆２＝１．３（σ１＋犚ｔ）…………………………（Ａ．２）　　式中：狆２———定向水压致裂所需启动压力估算值，单位为兆帕（ＭＰａ）；σ１———致裂点最大主应力，单位为兆帕（ＭＰａ）；犚ｔ———致裂点顶板岩层抗拉强度，单位为兆帕（ＭＰａ）。６犌犅／犜２５２１７．１４—２０２０附　录　犅（资料性附录）顶板水压致裂方式示意图（工作面倾斜剖面）犅．１　顶板水平分层致裂示意图见图Ｂ．１。图犅．１　顶板水平分层致裂示意图犅．２　顶板倾斜致裂示意图见图Ｂ．２。图犅．２　顶板倾斜致裂示意图犅．３　顶板水平分层与倾斜综合致裂示意图见图Ｂ．３。图犅．３　顶板水平分层与倾综合斜致裂示意图７犌犅／犜２５２１７．１４—２０２０附　录　犆（资料性附录）顶板水压致裂管路连