[发明专利]一种压裂和软化煤矿井下坚硬难垮顶板的施工装置及方法

说明书

本发明公开了一种压裂和软化煤矿井下坚硬难垮顶板的施工装置及方法,包括以下步骤：S1.利用地质资料结合关键层理论，得到坚硬难垮顶板即为确定压裂目标层；S2.向坚硬难垮顶板内间隔钻有若干压裂孔，所述压裂孔深度与所述压裂目标层层位相配合；S3.通过压裂装置将高压水送至压裂孔内进行水力压裂，坚硬难垮顶板在高压水的作用下裂隙结构遭到破坏而形成裂缝；S4.通过压裂装置向压裂孔内注入石英砂；S5.通过压裂装置向压裂孔内注入酸液；S6.对每一个压裂孔重复步骤S3‑S5。通过水力压裂和酸化压裂，破坏了煤层的坚硬难垮顶板结构，降低其整体性及岩体强度，减弱甚至避免了开采过程中坚硬难跨顶板对工作面正常开采及对人员设备可能造成的危害。

技术领域

本发明涉及矿井下坚硬难跨顶板矿压治理技术领域，具体来说，涉及一种压裂和软化煤矿井下坚硬难垮顶板的施工装置及方法。

背景技术

煤矿坚硬难垮顶板岩体分层厚度大，整体性强，构造弱面和节理裂隙不发育，导致采煤后不易冒落。一旦冒落，伴有明显的动力现象，如产生强冲击荷载、顶板大面积来压、飓风与煤与瓦斯突出等，造成支护设备损坏，甚至出现危及人身安全的恶性事故。煤矿坚硬难垮顶板控制方法主要是煤柱支撑法、采空区充填法、预裂爆破强制放顶法、压力注水弱化顶板法、水力压裂法及强力支护切顶法。上述这些技术虽然对坚硬难垮顶板的控制取得了一些成效，但还存在以下不足：（1）煤柱支撑法和采空区充填法均是利用坚硬难垮顶板的整体性；（2）支撑法缺点是煤炭损失大，但其仍有大面积来压危险，现在己基本不采用；（3）采空区充填法成本太高亦很少使用；（4）强制爆破放顶技术和深孔预裂爆破技术对于高瓦斯矿井有一定的安全隐患；（5）注水弱化顶板法对坚硬难垮顶板弱化的范围有限，难以大范围形成人造裂隙；（6）水力压裂法虽使坚硬难垮顶板岩层破裂而形成裂缝，削弱了坚硬难垮顶板整体性，但弱化岩体强度的效果不明显。

因此，寻找一种既能大范围削弱坚硬难垮顶板整体性又具有降低岩体强度的理论方法，是目前解决我国坚硬难垮顶板难垮落的关键。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种压裂和软化煤矿井下坚硬难垮顶板的施工装置及方法，能够解决上述技术问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种压裂和软化煤矿井下坚硬难垮顶板的方法，包括以下步骤：

S1. 确定压裂目标层：利用地质资料结合关键层理论，得到坚硬难垮顶板即为确定压裂目标层；

S2. 布置压裂孔及控制孔：向坚硬难垮顶板内间隔钻有若干压裂孔，所述压裂孔深度与所述压裂目标层层位相配合, 距每个压裂孔的40m范围内钻至少两个控制孔，所述每个压裂孔与所述至少两个控制孔平行且深度相同；

S3.水力压裂：通过压裂装置将高压水送至压裂孔内进行水力压裂，坚硬难垮顶板在高压水的作用下裂隙结构遭到破坏而形成裂缝；

S4. 注入石英砂：继续保持水力压裂施工，使压裂孔与压裂装置保持坐封，同时通过压裂装置向压裂孔内注入石英砂；

S5.酸化压裂：保持坐封，通过压裂装置向压裂孔内注入酸液；

S6.对每一个压裂孔重复步骤S3-S5，直至所有压裂孔的水力压裂、注入石英砂和酸化压裂全部完成。

进一步地，所述若干压裂孔呈线性排列，排成若干排压裂孔，所述若干排压裂孔平行布置或交错布置。

进一步地，相邻两个所述压裂孔之间距离为30-50m。

进一步地，所述酸液按质量百分比计，由98.3%清水、1.2%HCL和0.5%HF组成。