[發(fā)明專利]煤礦巷道卸壓水力壓裂方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210096577.8
• 申請(qǐng)日: 2012-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN102852522A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康紅普;馮彥軍;吳擁政
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天地科技股份有限公司
• 主分類號(hào): E21C37/12
• 分類號(hào): E21C37/12
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 韓國(guó)勝;王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種煤礦巷道卸壓水力壓裂方法及裝置。

背景技術(shù)

井下進(jìn)行大面積回采以后，采空區(qū)5上方巖層重量將向周圍支承區(qū)轉(zhuǎn)移，在采空區(qū)5四周形成支承壓力帶，在回采工作面6前方形成移動(dòng)性支承壓力，在工作面傾斜上下方及回采工作面后方形成殘余支承壓力。圖1中，1為回采工作面6前方移動(dòng)性支承壓力，該壓力較大；2、3為沿回采工作面6傾斜、仰斜方向殘余支承壓力；4為回采工作面后方殘余支承壓力，圖中的箭頭方向?yàn)榛夭煞较颉?/p>

在采動(dòng)影響下，沿回采工作面6推進(jìn)方向，回采空間兩側(cè)的護(hù)巷煤柱7的應(yīng)力隨著與工作面距離和時(shí)間的不同而發(fā)生很大變化，一般出現(xiàn)三個(gè)應(yīng)力區(qū)。如圖2所示，遠(yuǎn)離回采工作面的前方，未受采動(dòng)影響的原始應(yīng)力區(qū)(A)；在回采工作面6附近，受采動(dòng)影響的應(yīng)力增高區(qū)(B)；遠(yuǎn)離工作面的后方，采動(dòng)影響趨向穩(wěn)定的應(yīng)力穩(wěn)定區(qū)(C)。應(yīng)力增高區(qū)B由應(yīng)力升高、應(yīng)力強(qiáng)烈和應(yīng)力減弱三部分組成。因此，由于受殘余支承壓力的影響，護(hù)巷煤柱7載荷急劇增長(zhǎng)，相鄰采區(qū)巷道的變形開始變大，巷道片幫、底鼓現(xiàn)象突出。

隨著回采工作面6的推進(jìn)，殘余支承壓力沿傾斜方向的變化過(guò)程如圖3所示，(圖中的曲線E為殘余支承壓力影響范圍)，該應(yīng)力重新分布引起護(hù)巷煤柱7載荷急劇增長(zhǎng)，再逐漸下降和趨向穩(wěn)定的過(guò)程，以及各個(gè)應(yīng)力區(qū)的分布范圍和持續(xù)時(shí)間。圖3中的I區(qū)距離回采工作面6最近，所受應(yīng)力最大，II區(qū)、III區(qū)逐漸遞減。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何提供一種對(duì)煤礦巷道進(jìn)行卸壓的水力壓裂方法及裝置，以避免巷道片幫和底鼓現(xiàn)象。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種煤礦巷道卸壓水力壓裂方法及裝置，根據(jù)煤礦巷道內(nèi)的應(yīng)力分布規(guī)律，以護(hù)巷煤柱上方的頂板作為卸壓位置，在所述卸壓位置上采用水力壓裂法進(jìn)行應(yīng)力轉(zhuǎn)移；所述水力壓裂法包括：

步驟1、采用第一鉆頭在所述卸壓位置進(jìn)行鉆孔，鉆出一壓裂段；

步驟2、將帶有注水管和膨脹導(dǎo)管的封隔器推進(jìn)壓裂段；

步驟3、將手動(dòng)泵與膨脹導(dǎo)管連接，為封隔器進(jìn)行加壓對(duì)壓裂段進(jìn)行封孔；

步驟4、將高壓水泵與注水管連接，為封隔器進(jìn)行加壓直到封隔器壓裂完成。

其中，所述卸壓位置位于回采工作面前方，并處于殘余支承應(yīng)力的范圍之外。

其中，所述卸壓位置設(shè)為多個(gè)，分布在所述頂板上并位于回采工作面前方的長(zhǎng)度方向上。

其中，所述水力壓裂法的鉆孔及壓裂作業(yè)均在回采巷道中或者在相鄰采區(qū)巷道中進(jìn)行。

其中，所述封隔器采用跨式膨脹型鉆孔封隔器，所述步驟3中手動(dòng)泵為封隔器加壓使得彈性膜膨脹，以對(duì)壓裂段進(jìn)行封孔。

其中，所述步驟1還包括：采用第二鉆頭在所述壓裂段上預(yù)制橫向切槽；并采用第一鉆頭進(jìn)行進(jìn)一步鉆孔，為壓裂段的封孔提供空間。

本發(fā)明還提供一種煤礦巷道卸壓水力壓裂裝置，包括鉆機(jī)、第一鉆頭、封隔器、高壓水泵和手動(dòng)泵；所述第一鉆頭與鉆機(jī)連接，用于在煤礦巷道內(nèi)的卸壓位置進(jìn)行鉆孔并鉆出一壓裂段；所述手動(dòng)泵通過(guò)膨脹導(dǎo)管與封隔器連接，用于為封隔器加壓對(duì)壓裂段進(jìn)行封孔；所述高壓水泵通過(guò)注水管與封隔器連接，用于為封隔器進(jìn)行加壓直到封隔器壓裂完成。

其中，還包括數(shù)據(jù)采集儀和與所述數(shù)據(jù)采集儀相連接的數(shù)據(jù)處理器，所述數(shù)據(jù)采集儀安裝在所述高壓水泵的高壓出水口，用于采集和記錄高壓出水口的出水壓力，并將所采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

其中，還包括第二鉆頭，所述第二鉆頭與鉆機(jī)連接，用于在所述壓裂段上預(yù)制橫向切槽，所述第二鉆頭為橫向切槽鉆頭。

其中，所述封隔器采用跨式膨脹型鉆孔封隔器。

(三)有益效果

上述技術(shù)方案提供的一種煤礦巷道卸壓水力壓裂方法及裝置，采用水力壓裂裝置在護(hù)巷煤柱上方進(jìn)行水力壓裂法鉆孔，削弱了護(hù)巷煤柱頂板的整體性，在護(hù)巷煤柱頂板上形成一個(gè)弱化帶，將殘余支承應(yīng)力轉(zhuǎn)移到相鄰的備采工作面，從而為護(hù)巷煤柱卸壓，避免了巷道片幫和底鼓現(xiàn)象。進(jìn)一步地，所選的卸壓位置位于回采工作面前方，并處于殘余支承應(yīng)力的范圍之外，保證了鉆孔質(zhì)量，以防止由于殘余支承壓力而導(dǎo)致鉆孔變形；更進(jìn)一步地，在相鄰采區(qū)巷道中進(jìn)行水力壓裂法的鉆孔及壓裂作業(yè)，以防止對(duì)回采工作面的回采工作造成影響；更進(jìn)一步地，采用跨式膨脹型鉆孔封隔器，保持較高的外壓和自平衡式封孔，并且能夠?qū)︺@孔目的段(如巖層堅(jiān)硬段)進(jìn)行封孔。

附圖說(shuō)明

圖1是煤礦巷道采空區(qū)周邊的應(yīng)力分布圖；