[發明專利]一種厚煤層水力壓裂切頂沿空留巷方法

有效

• 申請號: 202110333342.5
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN112901166B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）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（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C37/12
• 分類號: E21C37/12
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李翩

本發明公開了一種厚煤層水力壓裂切頂沿空留巷方法，具體步驟為：計算厚煤層切頂高度、施工壓裂鉆孔、高壓射流切割孔壁、單孔多次水力壓裂、多組壓裂鉆孔順序壓裂以及切頂留巷和輔助措施；本方法采用的水力壓裂技術對巷道的擾動作用小，緩解了瓦斯積聚和有害氣體超限問題，壓裂施工主要消耗井下工業用水并且對環境影響很小，能夠多組壓裂鉆孔同時或交替水力壓裂，節約時間成本、提高采掘接替效率，可以代替聚能爆破技術實現厚煤層開采的安全、高效、快速切頂留巷。

技術領域

本發明涉及切頂沿空留巷施工技術領域，具體涉及一種厚煤層水力壓裂切頂沿空留巷方法。

背景技術

切頂留巷是一種在工作面開采過后，通過提前處理巷道上方頂板使其自動垮落從而保留原巷道的技術，目前已在薄及中厚煤層中得到成功應用并推廣，但在厚煤層中仍應用較少。切頂留巷無需留設煤柱，有利于礦井通風和消除瓦斯積聚作用，采用的主要技術為密集鉆孔切頂和聚能爆破切頂。密集鉆孔輔助切頂需要施工大量鉆孔，在厚煤層中應用會導致工程量過大、切頂效果無法保障；聚能爆破應用于厚煤層切頂留巷時，炸藥消耗量大、巷道穩定性差，且容易產生動載沖擊風險。基于上述背景，本發明擬采用水力壓裂來代替傳統切頂手段。水力壓裂較上述技術鉆孔施工量更小，主要消耗品為工業用水、經濟效益好，壓裂時的能量級別較小，不會出現次生的煤與瓦斯突出和沖擊礦壓風險，能夠更好的適應厚煤層開采的地質和工程條件。

發明內容

針對上述存在的技術不足，本發明的目的是提供一種厚煤層水力壓裂切頂沿空留巷方法，其能夠多組壓裂鉆孔同時或交替水力壓裂，節約時間成本、提高采掘接替效率，可以代替聚能爆破技術實現厚煤層開采的安全、高效、快速切頂留巷。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種厚煤層水力壓裂切頂沿空留巷方法，具體包括以下步驟：

S1、計算厚煤層切頂高度；通過切頂高度H_c與煤巖體平均碎脹系數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之間的計算公式，確定切頂留巷的壓裂層位；

S2、施工壓裂鉆孔；確定壓裂鉆孔的施工位置，以傾角θ和長度L施工壓裂鉆孔，壓裂鉆孔被上覆巖層、基本頂分隔為常規壓裂段、定向壓裂段和非壓裂段；

S3、高壓射流切割孔壁；依次連接射流噴嘴、剛性管路、固定支架、柔性管路、高壓泵和水箱，形成高壓射流切割系統；射流噴嘴上設有流切割裝置，將射流噴嘴推送至定向壓裂段，開啟高壓泵并逐步后退射流切割裝置，形成沿壓裂鉆孔軸向的定向人工弱面；

S4、單孔多次水力壓裂；將封孔器連接水力壓裂系統；將封孔器推送至壓裂鉆孔中注水封孔形成壓裂段，開啟高壓泵分別在常規壓裂段和定向壓裂段壓裂數次，在上覆巖層形成無規則水力裂縫、在基本頂中形成沿人工弱面起裂的定向水力裂縫面；從壓裂鉆孔深部至淺部逐步壓裂，直至封孔器退出到非壓裂段，結束單孔多次壓裂工作；

S5、多組壓裂鉆孔順序壓裂；沿巷道軸向布置多組壓裂鉆孔，在每個壓裂鉆孔內分別重復步驟S3、S4，每次在上覆巖層中壓裂形成的無規則水力裂縫相互貫穿形成復雜裂縫網，在基本頂中壓裂形成的定向水力裂縫面相互合并形成連續定向裂縫面；

S6、切頂留巷及輔助措施；工作面開采后，步驟S3、S4、S5形成的連續定向裂縫面使基本頂的長懸頂板切落，變為短懸頂板和垮落頂板；形成的復雜裂縫網使壓裂層位以下的巖層充分垮落形成密實矸石堆；在巷道采空區側設置單體支柱和擋矸帷幕，實現厚煤層切頂留巷。