[發明專利]煤礦巷道卸壓水力壓裂方法及裝置

有效

• 申請號: 201210096577.8
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN102852522A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 康紅普;馮彥軍;吳擁政
• 申請（專利權）人: 天地科技股份有限公司
• 主分類號: E21C37/12
• 分類號: E21C37/12
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 韓國勝;王瑩

技術領域

本發明涉及煤礦開采技術領域，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

井下進行大面積回采以后，采空區5上方巖層重量將向周圍支承區轉移，在采空區5四周形成支承壓力帶，在回采工作面6前方形成移動性支承壓力，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，圖中的箭頭方向為回采方向。

在采動影響下，沿回采工作面6推進方向，回采空間兩側的護巷煤柱7的應力隨著與工作面距離和時間的不同而發生很大變化，一般出現三個應力區。如圖2所示，遠離回采工作面的前方，未受采動影響的原始應力區(A)；在回采工作面6附近，受采動影響的應力增高區(B)；遠離工作面的后方，采動影響趨向穩定的應力穩定區(C)。應力增高區B由應力升高、應力強烈和應力減弱三部分組成。因此，由于受殘余支承壓力的影響，護巷煤柱7載荷急劇增長，相鄰采區巷道的變形開始變大，巷道片幫、底鼓現象突出。

隨著回采工作面6的推進，殘余支承壓力沿傾斜方向的變化過程如圖3所示，(圖中的曲線E為殘余支承壓力影響范圍)，該應力重新分布引起護巷煤柱7載荷急劇增長，再逐漸下降和趨向穩定的過程，以及各個應力區的分布范圍和持續時間。圖3中的I區距離回采工作面6最近，所受應力最大，II區、III區逐漸遞減。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是如何提供一種對煤礦巷道進行卸壓的水力壓裂方法及裝置，以避免巷道片幫和底鼓現象。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種煤礦巷道卸壓水力壓裂方法及裝置，根據煤礦巷道內的應力分布規律，以護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行應力轉移；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行鉆孔，鉆出一壓裂段；

步驟2、將帶有注水管和膨脹導管的封隔器推進壓裂段；

步驟3、將手動泵與膨脹導管連接，為封隔器進行加壓對壓裂段進行封孔；

步驟4、將高壓水泵與注水管連接，為封隔器進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，并處于殘余支承應力的范圍之外。

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

其中，所述水力壓裂法的鉆孔及壓裂作業均在回采巷道中或者在相鄰采區巷道中進行。

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

其中，所述步驟1還包括：采用第二鉆頭在所述壓裂段上預制橫向切槽；并采用第一鉆頭進行進一步鉆孔，為壓裂段的封孔提供空間。

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

其中，還包括數據采集儀和與所述數據采集儀相連接的數據處理器，所述數據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，并將所采集到的數據信號傳送給數據處理器進行數據處理。

其中，還包括第二鉆頭，所述第二鉆頭與鉆機連接，用于在所述壓裂段上預制橫向切槽，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巷煤柱上方進行水力壓裂法鉆孔，削弱了護巷煤柱頂板的整體性，在護巷煤柱頂板上形成一個弱化帶，將殘余支承應力轉移到相鄰的備采工作面，從而為護巷煤柱卸壓，避免了巷道片幫和底鼓現象。進一步地，所選的卸壓位置位于回采工作面前方，并處于殘余支承應力的范圍之外，保證了鉆孔質量，以防止由于殘余支承壓力而導致鉆孔變形；更進一步地，在相鄰采區巷道中進行水力壓裂法的鉆孔及壓裂作業，以防止對回采工作面的回采工作造成影響；更進一步地，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，并且能夠對鉆孔目的段(如巖層堅硬段)進行封孔。

附圖說明

圖1是煤礦巷道采空區周邊的應力分布圖；