[發明專利]一種沿空留巷厚硬頂板分段定向水力壓裂方法

有效

• 申請號: 202110361261.6
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN112855155B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 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;E21C41/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李翩

本發明公開了一種沿空留巷厚硬頂板分段定向水力壓裂方法，包括設計壓裂鉆孔參數、施工壓裂鉆孔和導向孔、高壓射流切割徑向弱面、高壓射流切割軸向弱面、實施頂板徑向水力壓裂、實施頂板軸向水力壓裂以及判斷壓裂效果與補充施工這些步驟，本發明將沿空留巷頂板的壓裂鉆孔分為徑向壓裂段和軸向壓裂段，分段定向壓裂來形成近水平和近垂直水力裂縫面，提高頂板垮落效果、減小厚硬頂板懸頂長度、降低巷道圍巖承載；分段定向水力壓裂較傳統的聚能爆破和常規水力壓裂技術，可以更好的切頂卸壓、保護巷道。

技術領域

本發明涉及巷道圍巖控制領域，具體涉及一種沿空留巷厚硬頂板分段定向水力壓裂方法。

背景技術

沿空留巷指的是在工作面開采過后，通過構筑充填體或隔離體的方法保留巷道，繼續為下個工作面開采服務。沿空留巷提高了煤炭回收率，避免大量資源浪費，改變通風方式后易于治理瓦斯，巷道直接保留也提高了采掘接替效率，可以實現工作面的安全高效開采。

在沿空留巷存在厚硬頂板時，由于巖層彎曲強度遠大于薄和軟弱頂板，容易造成巷道上方出現側向長距離懸頂。巷道在長懸頂板作用下，圍巖需要承擔更多來自上覆巖層的載荷，造成巷道嚴重變形、支護體損壞、充填體失效等各種問題。針對這種情況，需要對沿空留巷上方的厚硬頂板進行治理。主流的治理方式是采用聚能爆破和水力壓裂技術進行切頂卸壓，將巷道上方的長臂梁頂板變為短臂梁頂板，改善巷道圍巖的承載環境。然而，聚能爆破技術容易引起次生動載風險，多數礦區審批困難；水力壓裂鉆孔工程量小，施工效率高，但是往往切頂卸壓效果難以保證，需要對施工方法進行改進。

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沿空留巷厚硬頂板分段定向水力壓裂方法，其能夠提高切頂效果，減小巷道圍巖承載，降低巷道和充填體的維護成本。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種沿空留巷厚硬頂板分段定向水力壓裂方法，具體包括以下步驟：

S1、設計壓裂鉆孔參數；施工壓裂鉆孔，根據壓裂鉆孔傾斜角度α、切頂高度H_c、單個封孔器長度L_P、封孔距離L_F來確定壓裂鉆孔長度L_b，計算公式為：L_b＝H_csin^-1α+L_P+L_F/2，壓裂鉆孔自巷道肩窩處以傾角α、長度L_b施工至指定位置；

S2、施工壓裂鉆孔和導向孔；根據單個壓裂鉆孔水力壓裂試驗測試得出壓裂半徑，以小于2倍壓裂半徑的施工間距L_h來布置壓裂鉆孔，在相鄰的兩個壓裂鉆孔中間施工導向孔，導向孔參數與壓裂鉆孔一致；

S3、高壓射流切割徑向弱面；選用側向射流切割設備并將其射流端推送至壓裂鉆孔內垂直高度為H_c、孔深為L_c的位置后固定，使其無法沿軸向移動，開啟側向射流切割設備，當高壓水到達射流端時緩慢旋轉側向射流切割設備使其噴射出的高壓射流沿徑向切割壓裂鉆孔，形成環狀的徑向弱面，然后關閉側向射流切割設備；

S4、高壓射流切割軸向弱面；使側向射流切割設備后退一個封孔器長度L_P的距離，當側向射流切割設備的射流端到達孔內垂直高度H_a所在位置后，轉動側向射流切割設備使兩側的射流方向連線與巷道走向一致后將其固定，使其無法沿徑向旋轉，開啟側向射流切割設備后沿壓裂鉆孔軸向緩慢后退射流噴嘴，使高壓射流沿軸向切割壓裂鉆孔形成連續軸向弱面，當射流噴嘴退至孔內垂直高度為H_c、孔深為L_c處的位置時，關閉側向射流切割設備并將其退出壓裂鉆孔，結束射流切割施工；