[发明专利]煤矿井下超薄虚拟保护层水力开采方法

权利要求书

1.   煤矿井下超薄虚拟保护层水力开采方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）、打钻取芯，确定煤层参数，根据煤层参数来选择超薄虚拟保护层水力开采类型，所述开采类型为软煤虚拟保护层开采或软分层虚拟保护层开采；

（2）、根据开采煤层厚度、煤层中软分层位置、厚度及相关理论、计算确定超薄虚拟保护层的层位和最小开采厚度；

（3）、设计穿层钻孔参数和超薄虚拟保护层水力开采钻头，并加工水力开采钻头；

（4）、进行水力定向射流参数设计；

（5）、在孔口安装防喷装置后按照设计参数施工穿层钻孔，至设计终孔位置后停止钻进；

（6）、将超薄虚拟保护层水力开采钻头退至设计的虚拟保护层水力开采层位，并将水力开采钻头旋转至设计的方向，进行水力定向射流；

（7）、水力定向射流至出煤量很少且增大射流压力后出煤量变化不大时停止射流，退出钻杆及钻头，检验首次水力定向开采范围，如符合设计要求，则向下继续进行，如不符合要求转向步骤（3）；

（8）、每个钻孔在水力开采结束后立即联入瓦斯抽放管路进行抽放；

（9）、完成所有钻孔水力开采后，进行虚拟保护层开采措施效果检验，如达到预期效果则结束虚拟保护层水力开采，如未达到预期效果，则采取补充抽放措施，并优化虚拟保护层水力开采参数；

（10）、抽放结束后进行区域消突验证。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下超薄虚拟保护层水力开采方法，其特征在于：所述步骤（1）中煤层参数为回采工作面区域消突、煤巷条带区域消突、石门揭煤区域消突区域的煤层结构、煤体结构类型、煤层硬度或煤层软分层位置、硬度；针对煤层存在稳定软分层的单一突出煤层，采用软分层虚拟保护层开采；针对较软单一突出煤层，采用软煤虚拟保护层开采。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下超薄虚拟保护层水力开采方法，其特征在于：所述步骤（3）中穿层钻孔参数包括钻孔数量、虚拟保护层层位的孔间距、孔长、开孔位置、孔径、倾角和方位角，超薄虚拟保护层水力开采钻头的设计参数包括水力开采钻头上喷嘴的布置位置、安装数量、安装角度、喷嘴的扇形射流角度和射流厚度。

4.根据权利要求3所述的煤矿井下超薄虚拟保护层水力开采方法，其特征在于：所述穿层钻孔的角度设计以减少水力开采钻头上喷嘴安装角度的变化为依据；所述穿层钻孔的虚拟保护层层位的孔间距设计以开采分层的硬度、水力定向射流的额定功率、喷嘴的效率及据此设计的钻孔水力开采半径为依据，并通过试验进行优化设计。

5.根据权利要求4所述的煤矿井下超薄虚拟保护层水力开采方法，其特征在于：所述超薄虚拟保护层水力开采钻头为以穿层钻孔与煤层夹角范围为依据的钻头，所述钻头根据水力开采钻孔设计角度来安装不同角度的喷嘴。

6.根据权利要求3或4或5所述的煤矿井下超薄虚拟保护层水力开采方法，其特征在于：所述水力开采钻头上的喷嘴设计以水力开采钻头喷嘴位置布置、安装数量、虚拟保护层开采的厚度为依据，采用扇形喷嘴，喷嘴的射流为扁平扇形，扇形射流的有效开采厚度即为超薄虚拟保护层厚度，超薄虚拟保护层厚度不小于计算的区域卸压、消突的最小厚度；喷嘴的安装角度根据钻孔与煤层的夹角来设计，不同角度范围的水力开采钻孔对应一系列不同安装角度的水力开采钻头。

7.根据权利要求1所述的煤矿井下超薄虚拟保护层水力开采方法，其特征在于：进行水力定向射流方向和层位应以虚拟保护层开采的煤层或软分层的方向和层位为准，采用软分层虚拟保护层开采时水力定向射流方向和层位应以软分层中下部层面为准；采用软煤虚拟保护层开采时水力定向射流方向和层位应以煤层中下部层面为准；当在软煤层中钻进存在塌孔、喷孔及埋钻掉钻现象较为严重时，应选择软分层或软煤层最底部分层作为虚拟保护层开采层位。

8.根据权利要求1所述的煤矿井下超薄虚拟保护层水力开采方法，其特征在于：所述步骤（4）中水力定向射流参数包括水力定向射流水量、压力和时间，所述设计水力定向射流水量、压力和时间以达到设计水力开采半径为标准，如调整射流参数后仍不能达到设计水力开采半径，则需要重新调整设计水力开采半径和穿层钻孔参数。