[发明专利]一种沿空留巷厚硬顶板分段定向水力压裂方法

权利要求书

1.一种沿空留巷厚硬顶板分段定向水力压裂方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、设计压裂钻孔(1)参数；施工压裂钻孔(1)，根据压裂钻孔(1)倾斜角度α、切顶高度H_c、单个封孔器长度L_P、封孔距离L_F来确定压裂钻孔(1)长度L_b，计算公式为：L_b＝H_csin^-1α+L_P+L_F/2，压裂钻孔(1)自巷道肩窝处以倾角α、长度L_b施工至指定位置；

S2、施工压裂钻孔(1)和导向孔(2)；根据单个压裂钻孔(1)水力压裂试验测试得出压裂半径，以小于2倍压裂半径的施工间距L_h来布置压裂钻孔(1)，在相邻的两个压裂钻孔(1)中间施工导向孔(2)，导向孔(2)参数与压裂钻孔(1)一致；

S3、高压射流切割径向弱面(8)；选用侧向射流切割设备(3)并将其射流端推送至压裂钻孔(1)内垂直高度为H_c、孔深为L_c的位置后固定，使其无法沿轴向移动，开启侧向射流切割设备(3)，当高压水到达射流端时缓慢旋转侧向射流切割设备(3)使其喷射出的高压射流(7)沿径向切割压裂钻孔(1)，形成环状的径向弱面(8)，然后关闭侧向射流切割设备(3)；

S4、高压射流切割轴向弱面；使侧向射流切割设备(3)后退一个封孔器长度L_P的距离，当侧向射流切割设备(3)的射流端到达孔内垂直高度H_a所在位置后，转动侧向射流切割设备(3)使两侧的射流方向连线与巷道走向一致后将其固定，使其无法沿径向旋转，开启侧向射流切割设备(3)后沿压裂钻孔(1)轴向缓慢后退，使高压射流(7)沿轴向切割压裂钻孔(1)形成连续轴向弱面(9)，当射流喷嘴退至孔内垂直高度为H_c、孔深为L_c处的位置时，关闭侧向射流切割设备(3)并将其退出压裂钻孔(1)，结束射流切割施工；

S5、实施顶板径向水力压裂；将前封孔器(10)、后封孔器(11)通过封孔器连接件连通后接入供水系统，将前封孔器(10)、后封孔器(11)送入压裂钻孔(1)内垂直高度为H_c的径向弱面(8)所在位置，然后开启供水系统，前封孔器(10)和后封孔器(11)受高压水作用膨胀体积变大，封堵钻孔，前封孔器(10)和后封孔器(11)之间形成的空间为封隔段，随着高压水的持续注入，封孔器连接件自身设置的阀门会自动开启，高压水从阀门涌出后充满前封孔器(10)和后封孔器(11)之间的封隔段，然后高压水开始沿径向弱面(8)致裂厚硬顶板，制造沿压裂钻孔(1)径向的水力裂缝面(12)，水力裂缝面(12)扩展至导向孔(2)时，会有水流从导向孔(2)内涌出，此时结束水力压裂施工；

S6、将前封孔器(10)和后封孔器(11)后退至压裂钻孔(1)内垂直高度为H_a～H_s的连续轴向弱面(9)区间内，根据压裂钻孔(1)该段的长度重复步骤S5的水力压裂施工流程若干次，制造若干组沿压裂钻孔(1)的轴向水力裂缝面(13)，多组轴向水力裂缝面(13)互相贯通形成连续轴向裂缝面(14)；

S7、判断压裂效果与补充施工；通过钻孔窥视仪观测压裂钻孔(1)相邻的导向孔(2)内情况，判断压裂钻孔(1)内垂直高度为H_c的径向压裂段是否存在径向水力裂缝面(12)、孔内垂直高度为H_a～H_s的轴向压裂段是否存在轴向水力裂缝面(13)；若径向水力裂缝面(12)或轴向水力裂缝面(13)存在，则判断水力压裂施工效果良好；若两者均不存在，则在导向孔(2)内的相应分段，重复步骤S3和S5或重复步骤S4和S6，补充施工径向水力压裂和轴向水力压裂来提高压裂效果。

2.如权利要求1所述的一种沿空留巷厚硬顶板分段定向水力压裂方法，其特征在于，步骤S1中，压裂钻孔(1)角度α应根据钻机(4)设备情况，角度α＝90°；切顶高度H_c与煤层厚度和顶板碎胀系数有关，设为煤层厚度的3～5倍。