[發(fā)明專利]一種厚煤層水力壓裂切頂沿空留巷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110333342.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112901166B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張飛騰;王襄禹;柏建彪;吳博文;王廣輝;趙嘉鑫;孟寧康;李冠軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21C37/12
• 分類號(hào): E21C37/12
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李翩

1.一種厚煤層水力壓裂切頂沿空留巷方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

S1、計(jì)算厚煤層切頂高度；通過(guò)切頂高度H_c與煤巖體平均碎脹系數(shù)K_a、煤層厚度M、采出率k、頂板下沉量D_r、底板鼓出量D_f之間的計(jì)算公式，確定切頂留巷的壓裂層位(1)；

切頂高度計(jì)算公式為：H_c＝[kM-(D_r+D_f)]/(K_a-1)，煤巖體平均碎脹系數(shù)K_a根據(jù)煤巖體力學(xué)性質(zhì)不同取值為1.2～1.5，采出率k煤層類型和設(shè)備情況不同取值為93％～97％，煤層厚度M、頂板下沉量D_f、底板鼓出量D_f取值通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)獲得；

S2、施工壓裂鉆孔(2)；確定壓裂鉆孔(2)的施工位置(3)，以傾角θ和長(zhǎng)度L施工壓裂鉆孔(2)，壓裂鉆孔(2)被上覆巖層、基本頂分隔為常規(guī)壓裂段(2.1)、定向壓裂段(2.2)和非壓裂段(2.3)；

S3、高壓射流切割孔壁；依次連接射流噴嘴(7.1)、剛性管路(8.1)、固定支架(8.2)、柔性管路(8.3)、高壓泵(16)和水箱(15)，形成高壓射流切割系統(tǒng)；射流噴嘴(7.1)上設(shè)有流切割裝置(7.2)，將射流噴嘴(7.1)推送至定向壓裂段(2.2)，開(kāi)啟高壓泵(16)并逐步后退射流切割裝置(7.2)，形成沿壓裂鉆孔(2)軸向的定向人工弱面(7.3)；

S4、單孔多次水力壓裂；將封孔器(9.1)連接水力壓裂系統(tǒng)；將封孔器(9.1)推送至壓裂鉆孔(2)中注水封孔形成壓裂段(9.2)，開(kāi)啟高壓泵(16)分別在常規(guī)壓裂段(2.1)和定向壓裂段(2.2)壓裂數(shù)次，在上覆巖層形成無(wú)規(guī)則水力裂縫(9.3)、在基本頂中形成沿人工弱面(7.3)起裂的定向水力裂縫面(9.4)；從壓裂鉆孔(2)深部至淺部逐步壓裂，直至封孔器(9.1)退出到非壓裂段(2.3)，結(jié)束單孔多次壓裂工作；

S5、多組壓裂鉆孔(2)順序壓裂；沿巷道軸向布置多組壓裂鉆孔(2)，在每個(gè)壓裂鉆孔(2)內(nèi)分別重復(fù)步驟S3、S4，每次在上覆巖層中壓裂形成的無(wú)規(guī)則水力裂縫(9.3)相互貫穿形成復(fù)雜裂縫網(wǎng)(9.5)，在基本頂中壓裂形成的定向水力裂縫面(9.4)相互合并形成連續(xù)定向裂縫面(9.6)；

S6、切頂留巷及輔助措施；工作面開(kāi)采后，步驟S3、S4、S5形成的連續(xù)定向裂縫面(9.6)使基本頂?shù)拈L(zhǎng)懸頂板切落，變?yōu)槎虘翼敯?11.1)和垮落頂板(11.2)；形成的復(fù)雜裂縫網(wǎng)(9.5)使壓裂層位(1)以下的巖層充分垮落形成密實(shí)矸石堆(12)；在巷道采空區(qū)側(cè)設(shè)置單體支柱(13)和擋矸帷幕(14)，實(shí)現(xiàn)厚煤層切頂留巷。

2.如權(quán)利要求1所述的一種厚煤層水力壓裂切頂沿空留巷方法，其特征在于，步驟S2中，基本頂下表面(4.1)與壓裂鉆孔(2)的交點(diǎn)為下表面交點(diǎn)(6.1)，基本頂上表面(4.2)與壓裂鉆孔(2)的交點(diǎn)為上表面交點(diǎn)(6.2)，下表面交點(diǎn)(6.1)、上表面交點(diǎn)(6.2)均位于留巷邊界(5)以外。

3.如權(quán)利要求2所述的一種厚煤層水力壓裂切頂沿空留巷方法，其特征在于，步驟S2所述的上表面交點(diǎn)(6.2)，與留巷邊界(5)的水平距離x應(yīng)小于或等于巷道寬度w的三分之二，所述的傾角θ通過(guò)壓裂鉆孔(2)在巷道內(nèi)的施工位置(3)、基本頂層位以及水平距離x確定，所述的壓裂鉆孔(2)長(zhǎng)度L等于施工位置(3)沿傾角θ延伸至壓裂層位(1)的線段長(zhǎng)度。

4.如權(quán)利要求1所述的一種厚煤層水力壓裂切頂沿空留巷方法，其特征在于，步驟S4中，所述水力壓裂系統(tǒng)包括依次與封孔器(9.1)連接的剛性管路(8.1)、固定支架(8.2)、柔性管路(8.3)、高壓泵(16)以及水箱(15)。

5.如權(quán)利要求1所述的一種厚煤層水力壓裂切頂沿空留巷方法，其特征在于，步驟S5所述的多組壓裂鉆孔(2)順序壓裂，應(yīng)在完成單孔壓裂后，在孔底通過(guò)堵塞物(10)封堵壓裂鉆孔(2)，避免煤巖層中的有害氣體泄露妨礙正常生產(chǎn)。