[发明专利]矿用胶囊膨胀管式静态压裂方法

权利要求书

1.矿用胶囊膨胀管式静态压裂方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、工作区划分：将上、下顺槽处的顶板分成三个区，A区位于端头支架后方的隅角区，B区位于端头支架正上方，C区位于端头支架前方的巷道顶板，A区为胀裂区，B、C区为预裂区；

S2、定位钻孔：在上、下顺槽端头支架附近，用钻机向顶板打一定倾斜角度的钻孔，钻孔打在端头支架上方的B区和A区处，也可打在巷道顶板C区处；

S3、钻杆切槽：钻杆上换装环形切槽钻头，在钻孔内部起裂位置切出环形槽，形成应力集中区；

S4、管道连接：根据钻孔长度和胀裂工艺要求，将膨胀管单独或串联推送至钻孔内，用高压橡胶软管将膨胀管与加压系统连接；

S5、膨胀切顶：开启加压系统，向膨胀管内充入高压乳化液，之后通过膨胀管的涨裂完成切顶。

2.根据权利要求1所述的矿用胶囊膨胀管式静态压裂方法，其特征在于，所述步骤S2打钻过程中有以下对应参数：

(1)直接顶厚度h：回采工作面直接顶的垂直厚度，与顶板岩层性质有关，常为10-30m；

(2)钻孔倾角α：是钻孔与水平面的夹角，通常在15°-90°之间，当顶板厚度h一定时，倾角越小，钻孔深度l越大，利用钻孔进行胀裂时，为方便在孔内放置膨胀管，并尽量减少钻凿工作量，合理的倾角范围为30°-45°之间；

(3)钻孔直径d：由钻头直径决定，对于压裂用孔，需达到膨胀管直径的1.1-1.2倍，钻孔直径通常在80-120mm之间；

(4)钻孔距离m：顶板上测量的两钻孔之间的距离，反映钻孔密度，在胀裂技术中的大小选择与顶板岩性有关；

(5)钻孔平行间距n：是两钻孔中心线之间的最小距离，是静态压裂的最重要参数之一，即胀裂顶板的厚度，是由钻孔倾角α和钻孔距离m确定的，n＝msinα。

3.根据权利要求1所述的矿用胶囊膨胀管式静态压裂方法，其特征在于，所述步骤S4中加压系统具体包括乳化液箱、大流量柱塞泵、电动机以及小流量柱塞泵，大流量柱塞泵、电动机以及小流量柱塞泵均安装在乳化液箱的顶盖上，大流量柱塞泵、小流量柱塞泵的输入端均与乳化液箱上贯穿设置的输入管道连通，输入管道上设置有过滤器，大流量柱塞泵、小流量柱塞泵输出端均与输出管道连通，输出管道为高压橡胶软管，膨胀管通过输出管道、双联泵以及输入管道与乳化液箱连通，输出管路上设置有液动换向阀以及手动卸荷阀，大流量柱塞泵以及小流量柱塞泵分别接液动换向阀的两个进液口，液动换向阀的两个出液口分别与乳化液箱以及高压溢流阀、压力表和膨胀管相通，大流量柱塞泵以及小流量柱塞泵共同组成双联泵。

4.根据权利要求1所述的矿用胶囊膨胀管式静态压裂方法，其特征在于，所述膨胀管的外部依次套设有注液内套以及锁管外套，膨胀管之间通过两端的接头相互拼接，接头上设置有堵头，膨胀管的中部表面缠绕有钢丝绳。

5.根据权利要求4所述的矿用胶囊膨胀管式静态压裂方法，其特征在于，所述钢丝绳螺旋升角α为15°-30°时，钢丝绳限制膨胀管径向变形，膨胀管径向变形程度小，钢丝绳螺旋升角为75°-90°时，钢丝绳用于承受轴向力和变性，膨胀管径向变形程度增大。

6.根据权利要求1所述的矿用胶囊膨胀管式静态压裂方法，其特征在于，注液内套的外侧和锁管外套的内侧均设置有倒棱，注液内套以及锁管外套上分别设置有相匹配的卡槽，注液内套以及锁管外套之间卡接。

7.根据权利要求4所述的矿用胶囊膨胀管式静态压裂方法，其特征在于，所述步骤S4中膨胀管之间通过接头相互串联，之后在外端的膨胀管的接头上塞入堵头进行密封。

8.根据权利要求1所述的矿用胶囊膨胀管式静态压裂方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：

S5.1、充液阶段：加压系统工作，加压系统中双联泵同时供液，流量较大，乳化液迅速充满膨胀管内腔；

S5.2、初撑阶段：继续向膨胀管内充入液体，加压系统压力逐渐升高，胶囊管初步膨胀，从胶囊管外壁接触钻孔岩体开始到胶囊管内压达到泵站第一安全阀压力为止，称为初撑阶段；

S5.3、增阻阶段：初撑阶段结束后，第一安全阀卸荷，大流量柱塞泵停止工作，由双联泵中的小流量柱塞泵泵供液，使胶囊管内压力不断上升，膨胀管产生的胀裂压力也随之升高的过程，胀压力由外壁传递到围岩上，钻孔围岩在此压力作用下，首先在应力集中的a处产生裂纹，随后向临空面方向的裂纹数量不断增多、长度不断延伸；

S5.4、保压与胀裂阶段：当膨胀管内压力达到泵站额定压力，泵站处于保压状态，膨胀管内压力达到最大值，这时岩体内的裂隙充分发育形成，岩石破裂，岩石性质不同，保压时间差异较大；

S5.5、顶板断裂阶段：当围岩中的裂隙从钻孔贯穿到临空面后，该部分顶板脱落，膨胀管内压力突然降低，完成切顶过程。