[发明专利]一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置及实施方法

权利要求书

1.一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置，其特征在于：包括储水箱、水压泵和压裂装置，储水箱通过出水管路与水压泵的进口端连接，水压泵的出口端通过高压水管连接压裂装置；

所述压裂装置包括水力压裂钻杆，在矿井下施工有依次穿过底板岩层、煤层至顶板岩层的水力压裂钻孔，所述水力压裂钻杆插入水力压裂钻孔中，水力压裂钻杆的一端通过连接装置与高压水管连接。

2.根据权利要求1所述的一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置，其特征在于：在水力压裂钻孔上且对应顶板岩层和煤层的连接处设置有第一封堵装置，在水力压裂钻孔上且对应煤层和底板岩层的连接处设置有第二封堵装置。

3.根据权利要求1所述的一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置，其特征在于：在顶板岩层和煤层处设置有与水力压裂钻孔相连通的径向割缝。

4.根据权利要求3所述的一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置，其特征在于：在设置径向割缝的位置处至少包含有前、后、左、右四个方向的径向割缝。

5.根据权利要求1所述的一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置，其特征在于：所述水力压裂钻孔平行设置多个。

6.根据权利要求1所述的一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置，其特征在于：在高压水管上设置有压力表和开关阀。

7.根据权利要求1所述的一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置，其特征在于：在底板岩层上且对应水力压裂钻孔处设置有钻孔封孔装置，高压水管的出口端在钻孔封孔装置处与水力压裂钻杆的尾部相连。

8.根据权利要求1所述的一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置，其特征在于：所述储水箱与矿井巷道水源管路连接，储水箱和水压泵均设置在矿井巷道内。

9.根据权利要求8所述的一种顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置，其特征在于：在矿井巷道内还设置有抽采管路，抽采管路通过连接装置与高压水管连接。

10.如权利要求1-9中任一权利要求所述的顶板和煤层联合水力压裂协同增透装置的实施方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)开孔

选定水力压裂钻孔位置，开设多个相互平行的水力压裂钻孔；水力压裂钻孔依次穿过底板岩层、煤层至顶板岩层，且水力压裂钻孔对应煤层和顶板岩层的位置处设置有径向割缝；

(2)装填钻杆

水力压裂钻孔施工完毕后，将水力压裂钻杆装填进水力压裂钻孔内，水力压裂钻孔的末端通过钻孔封孔装置进行密封；

(3)分级压裂

通过矿井巷道水源管路向储水箱中注水，并开启水压泵，储水箱中的水源经水压泵增压后，依次通过高压水管和水力压裂钻杆输送至水力压裂钻孔中；

先通过第一封堵装置将对应顶板岩层处的水力压裂钻孔段封堵，通过水力压裂钻杆输入高压水对顶板岩层进行压裂，高压水沿着岩层径向割缝位置处扩展形成裂缝网络；再通过第一封堵装置和第二封堵装置将对应煤层处的水力压裂钻孔段封堵，通过水力压裂钻杆输入高压水对煤层进行压裂，高压水沿着煤层径向割缝位置处扩展形成裂缝网络，进而顶板岩层和煤层之间形成相互连通的裂隙网络结构；

通过向多个水力压裂钻孔内注入高压水，使顶板岩层和煤层形成立体复杂水压裂隙网络，实现顶板岩层和煤层的卸压增透；

(4)协同抽采

断开水压泵与水力压裂钻杆之间的连接装置，再将矿井巷道内的抽采管路通过连接装置与水力压裂钻杆相连，进行顶板和煤层瓦斯的协同抽采。