[发明专利]一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法

说明书

本发明公开了一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法，具体步骤为：计算厚煤层切顶高度、施工压裂钻孔、高压射流切割孔壁、单孔多次水力压裂、多组压裂钻孔顺序压裂以及切顶留巷和辅助措施；本方法采用的水力压裂技术对巷道的扰动作用小，缓解了瓦斯积聚和有害气体超限问题，压裂施工主要消耗井下工业用水并且对环境影响很小，能够多组压裂钻孔同时或交替水力压裂，节约时间成本、提高采掘接替效率，可以代替聚能爆破技术实现厚煤层开采的安全、高效、快速切顶留巷。

技术领域

本发明涉及切顶沿空留巷施工技术领域，具体涉及一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法。

背景技术

切顶留巷是一种在工作面开采过后，通过提前处理巷道上方顶板使其自动垮落从而保留原巷道的技术，目前已在薄及中厚煤层中得到成功应用并推广，但在厚煤层中仍应用较少。切顶留巷无需留设煤柱，有利于矿井通风和消除瓦斯积聚作用，采用的主要技术为密集钻孔切顶和聚能爆破切顶。密集钻孔辅助切顶需要施工大量钻孔，在厚煤层中应用会导致工程量过大、切顶效果无法保障；聚能爆破应用于厚煤层切顶留巷时，炸药消耗量大、巷道稳定性差，且容易产生动载冲击风险。基于上述背景，本发明拟采用水力压裂来代替传统切顶手段。水力压裂较上述技术钻孔施工量更小，主要消耗品为工业用水、经济效益好，压裂时的能量级别较小，不会出现次生的煤与瓦斯突出和冲击矿压风险，能够更好的适应厚煤层开采的地质和工程条件。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法，其能够多组压裂钻孔同时或交替水力压裂，节约时间成本、提高采掘接替效率，可以代替聚能爆破技术实现厚煤层开采的安全、高效、快速切顶留巷。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法，具体包括以下步骤：

S1、计算厚煤层切顶高度；通过切顶高度H_c与煤岩体平均碎胀系数K_a、煤层厚度M、采出率k、顶板下沉量D_r、底板鼓出量D_f之间的计算公式，确定切顶留巷的压裂层位；

S2、施工压裂钻孔；确定压裂钻孔的施工位置，以倾角θ和长度L施工压裂钻孔，压裂钻孔被上覆岩层、基本顶分隔为常规压裂段、定向压裂段和非压裂段；

S3、高压射流切割孔壁；依次连接射流喷嘴、刚性管路、固定支架、柔性管路、高压泵和水箱，形成高压射流切割系统；射流喷嘴上设有流切割装置，将射流喷嘴推送至定向压裂段，开启高压泵并逐步后退射流切割装置，形成沿压裂钻孔轴向的定向人工弱面；

S4、单孔多次水力压裂；将封孔器连接水力压裂系统；将封孔器推送至压裂钻孔中注水封孔形成压裂段，开启高压泵分别在常规压裂段和定向压裂段压裂数次，在上覆岩层形成无规则水力裂缝、在基本顶中形成沿人工弱面起裂的定向水力裂缝面；从压裂钻孔深部至浅部逐步压裂，直至封孔器退出到非压裂段，结束单孔多次压裂工作；

S5、多组压裂钻孔顺序压裂；沿巷道轴向布置多组压裂钻孔，在每个压裂钻孔内分别重复步骤S3、S4，每次在上覆岩层中压裂形成的无规则水力裂缝相互贯穿形成复杂裂缝网，在基本顶中压裂形成的定向水力裂缝面相互合并形成连续定向裂缝面；

S6、切顶留巷及辅助措施；工作面开采后，步骤S3、S4、S5形成的连续定向裂缝面使基本顶的长悬顶板切落，变为短悬顶板和垮落顶板；形成的复杂裂缝网使压裂层位以下的岩层充分垮落形成密实矸石堆；在巷道采空区侧设置单体支柱和挡矸帷幕，实现厚煤层切顶留巷。