[發明專利]綜采工作面主回撤通道水力壓裂卸壓方法及裝置

在審

• 申請號: 201710322719.0
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107313777A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 馮彥軍;呂華文;林健;張曉;石垚;蘇波;王志超;吳志剛;王洋;胡濱;劉超儒
• 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;E21B43/26
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及煤礦開采技術領域，具體涉及一種綜采工作面主回撤通道水力壓裂卸壓方法及裝置。

背景技術

綜合機械化開采是國內外煤礦常用的開采工藝方式。隨著綜采工作面向設備重型化、工作面大型化方向的迅速發展，綜采設備的數量開始不斷增加，使用范圍不斷加大，工作面設備回撤頻率也不斷提高。因此，工作面設備的安全、快速回撤是能否實現高產、高效現代化大型礦井的主要瓶頸之一。

目前，通過預先在回采工作面停采線處掘出一條或多條平行于回采工作面的主回撤通道，就可實現快速搬家的目的。與現掘主回撤通道技術相比，采用預掘主回撤通道技術的突出優勢在于：預掘主回撤通道的掘進可以和采煤平行作業，不需要單獨占用時間創造回撤空間，大幅度的縮短了搬家時間；預掘主回撤通道的掘進與正常巷道類似，掘進支護施工條件優越，支護作業方便，時間充足，支護質量高。

但是，當工作面靠近預掘主回撤通道時，由于工作面的超前支撐壓力及頂板巖層的活動的影響會導致預掘主回撤通道的巷道圍巖穩定性較差，進而無法確保工作面設備的安全和快速回撤。

發明內容

本發明的目的是提供一種綜采工作面主回撤通道水力壓裂卸壓方法及裝置，以弱化頂板巖層，減小工作面的超前支撐壓力及頂板巖層的活動對主回撤通道的巷道圍巖穩定性的影響。

為達到上述目的，一方面，本發明提供了一種綜采工作面主回撤通道水力壓裂卸壓方法，該方法包括以下步驟：

確定綜采工作面的頂板巖層的結構參數；

根據頂板巖層的結構參數，分別計算第一壓裂鉆孔和第二壓裂鉆孔的基本參數，其中，所述第一壓裂鉆孔的仰角角度大于所述第二壓裂鉆孔的仰角角度，且所述第一壓裂鉆孔的深度小于所述第二壓裂鉆孔的深度；

根據計算結果，沿主回撤通道的長度方向、在頂板巖層朝向主回撤通道的一側開設多個第一壓裂鉆孔和多個第二壓裂鉆孔，第一壓裂鉆孔和第二壓裂鉆孔交替設置；

分別在每個第一壓裂鉆孔和第二壓裂鉆孔上的多個預設位置處進行水力壓裂卸壓處理，以形成多條切割裂縫，并沿切割裂縫切斷頂板巖層。

其中，所述確定綜采工作面的頂板巖層的結構參數，具體為：根據綜采工作面的鉆孔柱狀圖或通過鉆孔窺視，確定所述頂板巖層的結構參數。

其中，所述頂板巖層的結構參數包括直接頂和老頂的厚度、巖石的膨脹系數、工作面采高、周期來壓步距、巖性、地應力場的大小、煤巖體強度、工作面回采工藝、支架參數和頂板周期來壓中的至少一項。

其中，所述第一壓裂鉆孔和第二壓裂鉆孔的基本參數包括孔深、仰角角度、所述仰角的投影與所述主回撤通道之間的夾角、壓裂次數以及相鄰第一壓裂鉆孔和第二壓裂鉆孔之間的距離中的至少一項。

其中，所述孔深為20-50m。

其中，所述仰角角度為20-60°，所述仰角的投影與所述主回撤通道之間的夾角為20-90°。

其中，所述壓裂次數為5-15次。

其中，所述相鄰第一壓裂鉆孔和第二壓裂鉆孔之間的距離為10-15m。

其中，所述分別在每個第一壓裂鉆孔和第二壓裂鉆孔上的多個預設位置處進行水力壓裂卸壓處理，以形成多條切割裂縫，并沿切割裂縫切斷頂板巖層，具體為：

分別在所述第一壓裂鉆孔和所述第二壓裂鉆孔的孔道內開設至少一個切槽；

將封孔器推送到所述切槽處進行封孔；

向所述封孔器形成的封隔段內注入高壓水，以使所述切槽的兩側開裂并形成切割裂縫；

沿切割裂縫切斷頂板巖層。

另一方面，本發明還提供了一種綜采工作面主回撤通道水力壓裂卸壓裝置，該裝置包括：

參數獲取單元，用于確定綜采工作面的頂板巖層的結構參數；

計算單元，用于根據頂板巖層的結構參數，分別計算第一壓裂鉆孔和第二壓裂鉆孔的基本參數，其中，所述第一壓裂鉆孔的仰角角度大于所述第二壓裂鉆孔的仰角角度，且所述第一壓裂鉆孔的深度小于所述第二壓裂鉆孔的深度；

鉆孔單元，用于根據計算結果，沿主回撤通道的長度方向、在頂板巖層朝向主回撤通道的一側開設多個第一壓裂鉆孔和多個第二壓裂鉆孔，第一壓裂鉆孔和第二壓裂鉆孔交替設置；

水力壓裂卸壓處理單元，用于分別在每個第一壓裂鉆孔和第二壓裂鉆孔上的多個預設位置處進行水力壓裂卸壓處理，以形成多條切割裂縫，并沿切割裂縫切斷頂板巖層。