[发明专利]煤层顶板中2-3米厚坚硬中砂岩层的水力致裂方法

摘要

本发明为一种煤层顶板中2-3米厚坚硬中砂岩层的水力致裂方法，避免了常规的炸药爆破带来的潜在威胁，同时也解决了现有的水力致裂的过程中，裂缝的扩展表现出时间和空间的不均匀性。该方法是在机巷和风巷超前工作面的顶板上先开设观测钻孔，确定顶板上坚硬中砂岩层的分布情况，然后再开设倾斜的致裂钻孔，致裂钻孔的孔底延伸至坚硬中砂岩层的中间位置，致裂钻孔孔底开设有楔形环槽，最后通过注水封孔器对致裂钻孔进行注水致裂，致裂过程分若干阶段进行，每个阶段的致裂时间和压力都不相同。该方法施工工艺简单，避免了炸药爆破带来的潜在威胁，更加安全可靠，致裂效果好，使裂缝的扩展在时间和空间上更具均匀性和充分性，具有广泛的实用性。

主权项

一种煤层顶板中2‑3米厚坚硬中砂岩层的水力致裂方法，其特征在于，包括如下步骤：1）分别在机巷（1）和风巷（2）超前工作面靠两巷外帮侧的巷道顶板上距离巷帮0.5‑1.5m的位置沿巷道轴线方向施工一排观测钻孔（K），观测钻孔（K）垂直顶板向上开设，每排观测钻孔（K）包括若干组观测钻孔（K），每组观测钻孔（K）包括两个观测钻孔（K）：第一观测钻孔（K1）和第二观测钻孔（K2），每排的所有观测钻孔（K）间距都为8m；通过岩层钻孔探测仪对观测钻孔（K）进行探测，确定煤层顶板上方2‑3米厚坚硬中砂岩层（L）的分布情况；2）在巷道顶板上每排观测钻孔（K）的连线上采用直径42mm钻头施工组数和该排观测钻孔（K）组数相同的致裂钻孔（S），每组致裂钻孔（S）包括两个致裂钻孔（S）：第一致裂钻孔（S1）和第二致裂钻孔（S2），每组致裂钻孔（S）的第一致裂钻孔（S1）位于相对应观测钻孔（K）组的第一观测钻孔（K1）的左侧且二者间距为3m，每组致裂钻孔（S）的第二致裂钻孔（S2）位于相对应观测钻孔（K）组的第二观测钻孔（K2）的左侧且二者间距为3m；每组致裂钻孔（S）的第一致裂钻孔（S1）和第二致裂钻孔（S2）都是与巷帮面平行并且向采空区方向倾斜的倾斜钻孔，第一致裂钻孔（S1）与巷道顶板的夹角为30°‑35°，第二致裂钻孔（S2）与巷道顶板的夹角为40°‑45°，第一、二致裂钻孔（S1、S2）的深度延伸至2‑3米厚坚硬中砂岩层（L）的中间位置；通过开槽钻头在第一致裂钻孔（S1）内开设一个楔形环槽，该楔形环槽位于第一致裂钻孔（S1）孔底同时也是2‑3米厚坚硬中砂岩层（L）的中间位置；通过开槽钻头在第二致裂钻孔（S2）内开设两个楔形环槽（P），其中两个楔形环槽（P）相距1m且位于第二致裂钻孔（S2）孔底同时也是2‑3米厚坚硬中砂岩层（L）的中间位置；3）首先将注水封孔器连接高压管路，高压管路另一端连接致裂泵，然后将注水封孔器置于每组致裂钻孔（S）的第一、二致裂钻孔（S1、S2）孔底，最后开启致裂泵通过注水封孔器对第一、二致裂钻孔（S1、S2）进行注水致裂，封孔段长度为２ｍ；第一致裂钻孔（S1）的注水致裂分四个阶段，每个阶段的致裂时间分别为：230‑235s、100‑105s、35‑40s、45‑50s，每个阶段的水压力峰值分别为50‑51MPa、43‑44MPa、40‑41MPa、38‑39MPa；第二致裂钻孔（S2）的注水致裂分两个阶段，每个阶段的致裂时间分别为：25‑30s、55‑60s，每个阶段的水压力峰值分别为37‑38MPa、31‑32MPa；在水力致裂过程中通过煤矿井下水力致裂监测仪进行实时监测。