[发明专利]一种水力割缝定向致裂方法

说明书

技术领域

本发明涉及水力致裂弱化技术领域，尤其是涉及一种基于预先水力割缝的定向 水力致裂方法。

背景技术

水力致裂技术最早应用在石油工程来提高贫油井的产量，目前被广泛应用于现 代石油工业、地热资源开发、核废料储存等领域，显示出广泛的工业应用价值。借 助于水力致裂基本概念，研究开发坚硬顶板水力致裂弱化技术作为解决煤矿开采坚 硬顶板控制的关键技术之一。然而单纯采用水力致裂的方法需要注入很大的水压， 水压过大，在安全上难以保障，不易控制孔内裂隙的扩展方向，而且很难对坚硬顶 板的定向处理。由于煤岩体水压致裂裂缝的扩展方向受钻孔周围的应力场影响，因 此在实际工程中需要致裂裂缝须按一定的方向扩展。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种方法简单，操作方便， 安全可靠，能有效解决控制煤岩体水力致裂裂缝扩展方向的水力割缝定向致裂方法。

本发明的水力割缝定向致裂方法：

a、用钻机通过钻杆和割缝钻头向预开采的煤岩体打钻孔至设定位置；

b、通过钻杆向割缝钻头输入高压水；

c、在输入高压水的同时，钻杆原地转动后，快速退后，再原地转动，再快速退 后，重复转动和退后，直至设定位置，退出钻杆，使煤岩体围绕钻孔产生多个径向 裂缝；

或在输入高压水的同时，慢慢地向外退钻杆，直至设定位置，使煤岩体由内向 外沿钻杆方向产生一个轴向裂缝带，停止输入高压水，再将钻杆伸入孔内转一个角 度，再输入高压水，同时向外退钻杆，使煤岩体由内向外沿钻杆方向再产生一个轴 向裂缝带，如此重复多次，可产生多个轴向裂缝带；

d、退出钻杆，用封孔器封孔，继续注入高压水，使裂缝在水压的作用下进一步 扩展。

当打钻孔卡钻时，换小直径钻杆继续打钻至设定位置。

有益效果：本发明可有效控制水力致裂裂缝的扩展方向，有利于坚硬顶板的定 向处理、坚硬顶煤的竖直方向破裂、应力的定向转移，可改善水力致裂处理坚硬顶 煤、防治冲击矿压、防治煤与瓦斯突出，提高瓦斯抽采的效果，其方法简单，施工 方便，易操作，安全可靠，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明的实施例一示意图。

图2是本发明的实施例二示意图。

图1、2中：1-煤岩体，2-高压注水器，3-高压注水管，4-钻杆，5-钻 孔，6-割缝钻头，7-裂缝，8-裂缝带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述：

实施例一、图1所示，某矿煤岩体1的平均厚度约为10m，硬度为f＝3，煤岩体 1倾角为6°，采用放顶煤采煤，采放比1∶2。采煤时预先在回风巷道内，采用钻 机向煤体顶板打钻孔5，孔径为80mm。当打钻孔5卡钻时，换孔径小于80mm的小直 径钻杆继续打钻至设定位置。采用高压注水器2并通过高压水管3向割缝钻头6内 输入高压水，在输入高压水的同时，钻杆4原地转动1～5分钟后，快速退后约2m 再原地转动1～5分钟，再快速退后约1m，重复转动和退后，直至设定位置，退出 钻杆4，使煤岩体1围绕钻孔产生多个径向裂缝7，即在一个钻孔中可以水力割出多 个圆形割缝面；然后用封孔器封住钻孔孔口，继续注入高压水约0.5小时，进行已 割裂缝7条件下的水力致裂，利用圆形水力割缝面对水压裂缝的扩展进行导向。沿 水力割缝面扩展的水压裂缝与钻孔的轴向垂直，根据工程中水压裂缝需要的角度， 确定水力致裂钻孔的方向，在煤岩体1上，根据现场实际情况的需要，确定水力致 裂钻孔的方向，间隔实施多个水力割缝定向致裂的孔，达到按煤矿井下工作面实际 要求弱化顶煤的效果，能够顺利安全高效的放出顶煤。

实施例二、图2所示，某矿煤岩体1的平均厚度约为9m，硬度为f＝2，煤岩体 1的倾角为4°。采用放顶煤采煤，采放比1∶2。采煤时预先在回风巷道内，采用 钻机通过钻杆4和割缝钻头6向顶板打钻孔5，孔径为80mm。当打钻孔5卡钻时， 换孔径小于80mm的小直径钻杆继续打钻至设定位置。采用高压注水器2并通过高压 水管3向割缝钻头6内输入高压水，高压水射流对上覆煤岩体1切割，慢慢向外抽 钻杆4，在钻孔5轴向上形成预定方向的裂缝带，停止输入高压水，再将钻杆4伸 入孔内转一个角度，再输入高压水慢慢地外退钻杆4，则又产生一个轴向裂缝带8， 如此重复多次，便可以产生需要的多个轴向裂缝带8，最后退出钻杆4，用封孔器封 住钻孔孔口，继续注入高压水约0.5小时，进行已割裂带8条件下的水力致裂，使 裂缝在高压水的作用下进一步扩展，根据现场实际情况的需要，确定水力致裂钻孔 的方向，间隔实施多个水力割缝定向致裂的孔，则能够安全高效地放出顶煤。