[發(fā)明專(zhuān)利]基于水力切割技術(shù)的煤層頂板定向致裂方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011146342.6
• 申請(qǐng)日: 2020-10-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112160737B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭金剛;李化敏;馬占元;袁瑞甫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河南理工大學(xué);河南明德礦山技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): E21B43/26
• 分類(lèi)號(hào): E21B43/26;E21F7/00
• 代理公司: 鄭州豫開(kāi)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

基于水力切割技術(shù)的煤層頂板定向致裂方法，包括以下步驟：（1）向頂板施工鉆孔；（2）在鉆孔下方布置水砂流發(fā)生裝置、推桿裝置和射流水回收裝置；（3）啟動(dòng)推桿裝置，推桿裝置將推桿沿鉆孔的長(zhǎng)度方向移動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)水砂流發(fā)生裝置，高壓水通過(guò)高壓軟管、空心鉆桿后由定向切縫噴頭向鉆孔的孔壁噴出，定向切縫噴頭噴出的高壓射流水將鉆孔的孔壁進(jìn)行直線水切割，形成孔內(nèi)切縫；切割完成后，將鉆孔的孔口密封，向鉆孔內(nèi)灌注靜態(tài)膨脹劑。本發(fā)明利用水力切割技術(shù)在鉆孔內(nèi)形成切縫后，再輔助以靜態(tài)膨脹劑使用切縫定向擴(kuò)展，安全可靠性強(qiáng)，可以提高鉆孔間距，減少鉆孔數(shù)量，大大提高施工效率和切割效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水力切割技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于水力切割技術(shù)的煤層頂板定向致裂方法。

背景技術(shù)

頂板預(yù)裂是煤礦井下減緩巷道或采場(chǎng)礦山壓力、防治沖擊地壓等常用的技術(shù)之一。常用的方法是在煤礦巷道或采場(chǎng)空間內(nèi)，向頂板施工成排的長(zhǎng)鉆孔，鉆孔終孔的位置施工到預(yù)定的巖層層位，鉆孔排列方式與頂板預(yù)裂方向一致，鉆孔間距根據(jù)具體工程和頂板巖性確定，一般為0.5m~3m。鉆孔施工完成后，裝入炸藥，然后封孔，連接炮線進(jìn)行爆破切頂，一般多個(gè)鉆孔同時(shí)起爆，這樣達(dá)到對(duì)頂板預(yù)裂的目的。這是目前我國(guó)煤礦頂板切斷、頂板預(yù)裂、巷道卸壓等最常使用的方式，在110工法沿空留巷、沿空掘巷切頂卸壓、小煤柱切頂卸壓等工程中大量使用。

但是爆破切頂?shù)姆椒ù嬖谳^多問(wèn)題（現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)）：一是目前我國(guó)對(duì)炸藥等火工用品管控嚴(yán)格，炸藥管理、儲(chǔ)運(yùn)、使用工序較為復(fù)雜；二是在煤礦井下環(huán)境中，使用炸藥存在安全隱患，并且容易出現(xiàn)沖孔、瞎炮等問(wèn)題；三是高瓦斯和突出礦井對(duì)于炸藥使用限制嚴(yán)格，爆破作業(yè)時(shí)生產(chǎn)地點(diǎn)需要撤離工作人員，與正常的生產(chǎn)相互干擾；四是炸藥爆破需要封孔，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，深孔爆破封孔長(zhǎng)度不得小于孔深的1/3，封孔段不能裝藥，不能實(shí)現(xiàn)全孔破裂或切割；五是炸藥爆破時(shí)能量向四周瞬時(shí)擴(kuò)散，在孔內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層的定向預(yù)裂，即使利用聚能管爆破，爆破能量向預(yù)定方向的傳播程度也非常有限，并且聚能管安裝時(shí)聚能方向較難控制，還增加了爆破成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種操作方便、安全可靠性強(qiáng)、成本低、效率高的基于水力切割技術(shù)的煤層頂板定向致裂方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：基于水力切割技術(shù)的煤層頂板定向致裂方法，包括以下步驟，

（1）在巷道或采場(chǎng)空間向頂板施工鉆孔；鉆孔的長(zhǎng)度、數(shù)量、間距和角度參數(shù)根據(jù)具體工程需求進(jìn)行設(shè)計(jì)；

（2）在鉆孔下方的底板上布置水砂流發(fā)生裝置、推桿裝置和射流水回收裝置，推桿裝置上夾持有空心鉆桿，空心鉆桿的上端設(shè)有定向切縫噴頭，推桿裝置的空心鉆桿下端通過(guò)高壓軟管與水砂流發(fā)生裝置連接，射流水回收裝置設(shè)置在鉆孔的孔口處，射流水回收裝置通過(guò)回流管與水砂流發(fā)生裝置連接；

（3）啟動(dòng)推桿裝置，推桿裝置將推桿沿鉆孔的長(zhǎng)度方向移動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)水砂流發(fā)生裝置，高壓水通過(guò)高壓軟管、空心鉆桿后由定向切縫噴頭向鉆孔的孔壁噴出，定向切縫噴頭噴出的高壓射流水將鉆孔的孔壁進(jìn)行直線水切割，形成孔內(nèi)切縫；

（4）第一根空心鉆桿被推到推桿裝置的最上部時(shí)，暫停推桿裝置和水砂流發(fā)生裝置，將高壓軟管與該根空心鉆桿下端分離，在該根空心鉆桿的下端接上第二根空心鉆桿，再將高壓軟管連接到第二根空心鉆桿的下端，然后再次啟動(dòng)推桿裝置和水砂流發(fā)生裝置，空心鉆桿和定向切縫噴頭沿鉆孔長(zhǎng)度方向向上繼續(xù)移動(dòng)，同時(shí)定向切縫噴頭噴出的高壓射流水對(duì)鉆孔的孔壁進(jìn)行直線水切割；

（5）重復(fù)循環(huán)步驟（4）的操作，直到定向切縫噴頭向上移動(dòng)到鉆孔的最頂部后停止；

（6）切割完成后，將空心鉆桿逐根退出鉆孔，然后將鉆孔的孔口密封，最后向鉆孔內(nèi)灌注靜態(tài)膨脹劑，靜態(tài)膨脹劑的膨脹能力使孔內(nèi)切縫繼續(xù)向外擴(kuò)展，從而使裂隙深度繼續(xù)增加。