[发明专利]煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法

说明书

一种煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法，其包含如下步骤：第一步：确定回采工作面中坚硬夹矸层的赋存形态和范围；第二步：钻孔布设和压裂技术参数的确定；第三步：定向长钻孔施工，利用钻机按照步骤二中确定的钻孔布设参数进行定向长钻孔施工；第四步：压裂装备孔内输送与压裂施工；因此，本发明能克服现有弱化回采工作面中坚硬夹矸层技术的缺陷和存在的问题，实现更加绿色、安全、高效的弱化坚硬夹矸层的效果，实现了煤矿井下综采工作面中坚硬夹矸层超前弱化，完成了定向长钻孔内分段水力压裂整套施工装备的顺利回收，保证压裂施工效率，解决了现有技术中存在的技术缺陷性问题。

技术领域

本发明涉及煤矿安全生产的技术领域，尤其涉及煤矿井下综采工作面中赋存大范围坚硬夹矸层弱化技术领域，具体为一种煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法。

背景技术

随着科技的进步，煤矿井下采煤方法、技术、工艺飞速发展，单一走向或倾向长臂开采工作面进入综合机械化、自动化、智能化的时代，煤炭生产进入高产高效时期，然而很多回采工作面受赋存大范围坚硬夹矸层的开采地质条件影响，安全高效高产受阻，特别是对全长工作面分布有坚硬夹矸层的综采或综放工作面，影响尤为显著。在工作面回采时，坚硬夹矸层的存在，会严重影响采煤机的割煤速度，从而影响到采煤速率和煤炭产出率，同时当采煤机齿轮切割到坚硬夹矸层时，会伴随有摩擦火花的产生，以上因素对煤矿井下工作面的安全高效高产回采造成了极大的制约，是煤矿生产一线眼下亟需解决的重大难题。

在综采工作面或综放工作面回采割煤过程中，其夹矸层厚度较小时(小于0.2m)，采煤机的滚筒齿轮可将其轻松割落，对安全回采影响不大；当夹矸层厚度较大且坚硬时，如若采煤机的滚筒强行切割回采，会导致采煤机摇臂受力过大，极易使连接部件受损，更会严重损坏滚筒截齿。因此该坚硬夹矸层的存在，严重影响到工作面推进速度，进而影响到回采工作面的日进尺量，导致日产煤量急剧下降。同时，由于采煤机截齿强行切割坚硬夹矸层会导致设备过度疲劳，造成损坏损伤严重，需不断更换新构件，消耗量也在不断增大，导致设备成本剧增。

通过对现有弱化坚硬夹矸层技术调查，目前仅有一种解决的方法，即深孔爆破方法。深孔爆破工艺复杂，操作要求极高，施工作业稍有不当极易诱发二次灾害；工作量太大，作业周期长；炸药输送到孔内的长度有限，爆破作业后影响范围有限；爆破作业后会产生大量粉尘和有害有毒气体，污染作业环境；火工品管控严格且审批难度大，火工品作业时，对工作面回采生产有一定安全隐患。

为此，本发明的设计者在鉴于上述缺陷的基础上，通过潜心研究和设计，综合多年相关产业的现场工程实践经验和科研攻关，研究设计出一种煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法，以煤矿井下定向钻机钻进控制长钻孔轨迹技术为基础，结合长钻孔分段水力压裂技术，研究设计出一种煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法，实现综采工作面坚硬夹矸层的超前弱化，提高了工作面推进速度，增加日产煤量，降低设备损耗，并克服了上述技术缺陷，为煤矿井下工作面解决开采含坚硬夹矸煤层提供了一种更有效的技术方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法，克服现有弱化回采工作面中坚硬夹矸层技术的缺陷和存在问题，实现了更加绿色、安全、高效的弱化坚硬夹矸层的效果，实现了煤矿井下综采工作面中坚硬夹矸层超前弱化，完成了定向长钻孔内分段水力压裂整套施工装备的顺利回收，保证压裂施工效率，解决了现有技术中存在的缺陷问题。

为实现上述目的，本发明公开了一种煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法，其特征在于包含如下步骤：

第一步：确定回采工作面中坚硬夹矸层的赋存形态和范围，在回采工作面两侧的运输巷道与回风巷道施工完成后，根据运输巷道与回风巷道中已暴露的坚硬夹矸层赋存状态，再结合地面勘探时的地质资料、井下巷探资料和物探资料，进行综合分析研究确定坚硬夹矸层的赋存形态和范围；

第二步：钻孔布设和压裂技术参数确定；