[發明專利]堅硬頂板梳狀長鉆孔分段壓裂巷道變形源頭治理方法

有效

• 申請號: 202010108800.0
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111255463B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 鄭凱歌;李延軍;趙繼展;陳志勝;李彬剛;張儉;陳冬冬;戴楠
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21D9/00
• 分類號: E21D9/00;E21B7/04;E21B44/00
• 代理公司: 重慶上義眾和專利代理事務所(普通合伙) 50225
• 代理人: 譚勇

本發明公開了一種堅硬頂板梳狀長鉆孔分段壓裂巷道變形源頭治理方法，包括以下步驟：S1：壓裂鉆孔平面位置和壓裂鉆孔剖面位置的選定；S2：主孔施工；S3：主孔第一段壓裂；S4：第一分支孔鉆探施工；S5：第一分支孔壓裂施工；S6：主孔第二段壓裂；S7：第二分支孔鉆探及壓裂施工；S8：按照S6和S7進行施工，直至主孔的所有設計位置完成壓裂施工以及所有分支施工位置完成鉆探施工和壓裂施工。本發明實現堅硬巖層層位和分支鉆孔的精準控制，進行主孔段和分支進行多點逐段壓裂，有效對堅硬頂板層位超前弱化，從而避免大面積懸頂導致頂板突然垮落，引發的強烈動載與地應力耦合造成巷道圍巖大規模變形災害。

技術領域

本發明涉及煤礦井下安全技術領域，具體涉及一種堅硬頂板梳狀長鉆孔分段壓裂巷道變形源頭治理方法。

背景技術

中國煤層賦存條件非常復雜，煤層堅硬頂板普遍發育，占全國煤層的1/3，且分布在1/2以上的礦區。該類頂板在回采過程中，大面積懸頂且難以自然冒落，當懸頂達到一定面積，突然冒落，一次垮落的面積較大，支承壓力和頂板壓力也不斷增大，并伴隨著強烈的周期來壓等動力現象發生，造成工作面支架壓死、設備損壞，受采動影響巷道底鼓、幫鼓變形嚴重，原有支護失效，甚至發生危及人身安全的惡性事故。其中巷道變形是一類容易造成施工困難、延誤工期、增加工程成本，甚至造成工程終止的重要地質災害，由于巷道變形而導致的災害事故屢見不鮮，故巷道圍巖變形一直是困擾煤炭事業的關鍵難題之一。

在長期大強度的開采中，淺部煤炭資源儲量逐漸減少，煤炭開采深度增加，據統計，中國煤礦開采深度每年增加8～12m，堅硬頂板引起的巷道圍巖變形加劇、圍巖收斂變形加快，支架損壞加重，巷道翻修量劇增，使得深部巷道的穩定、維護變得異常困難。針對以上問題，目前主要有圍巖支護技術(被動支護)、圍巖加固技術(主動支護)、聯合支護技術及常規壓裂技術。通過加大支護，提高巷道圍巖的抵抗能力，能夠一定程度上減緩巷道變形程度，但無法從動力源頭消除能量來源，在高強度回采過程中，依然會產生一定規模的變形，進入深部開采后，巷道開挖支護后，裂隙萌生和擴展的速度快，短時間內巖體即被次生裂隙切割成小碎塊，隨后發生各種形式的支護失效形式，如錨桿拉斷、噴層折斷、U型鋼支護嚴重扭曲等。尤其是在堅硬頂板大面積懸頂條件下，突然垮落，積聚于頂板及煤層內的能量快速釋放，大幅增大來壓強度，造成采場中的工作面和兩巷的支護結構大面積折損破壞。傳統短鉆孔水力壓裂技術存在鉆探施工精度低、有效壓裂長度短、裸眼封孔效果較差等問題，難以有效解決巷道來壓變形問題。

據此，本發明的設計者針對以上問題，通過深入研究和設計，利用定向長鉆孔軌跡精準控制和開分支技術，在堅硬巖層中預先實施定向超長鉆孔(600m以上)，結合多分支技術，實現層位精準可控、三維立體聯通人工裂隙系統，有效弱化堅硬頂板，實現隨采隨垮，促使巷道與其兩側實體煤體應力能量的有效隔離，消除或減弱巷道變形程度，解決堅硬頂板大面積懸頂造成的巷道變形災害，并克服上述技術缺陷。

發明內容

為了克服現有加強支護和常規壓裂等解決堅硬頂板引起的巷道變形存在的問題，實現更為有效的頂板弱化巷道變形控制管理，本發明提出了一種堅硬頂板梳狀長鉆孔分段壓裂巷道變形源頭治理方法，包括以下步驟：

S1：壓裂鉆孔平面位置和壓裂鉆孔剖面位置的選定；

S101：將壓裂鉆孔平面布置于臨近工作面的應力升高區域；

S102：根據研究區巖層力學特征，利用關鍵層判識理論以識別治理區域關鍵堅硬巖層分布位置，結合井下實際跟蹤監測的頂板懸頂情況和垮落特征，確定鉆孔布置剖面參數以獲得壓裂鉆孔剖面位置；

S2：主孔施工；

S201：根據治理巷道巖性剖面分布、力學特征、地應力特征的地質信息，將鉆孔布置于S1中的壓裂鉆孔平面位置和壓裂鉆孔剖面位置；

S202：利用定向鉆孔施工裝備和地質信息，通過隨鉆測量和孔底馬達鉆進施工調參系統，獲取鉆孔三維空間軌跡信息，精準控制鉆孔位于目標層位；