弱化距煤層100~350m高位堅硬頂板的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦高位堅硬頂板致裂弱化方法，具體為弱化距煤層100~350m高位堅硬頂板的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國很多礦區(qū)煤層之上賦存有強度高、厚度大、整體特別完整的堅硬頂板。開采具有堅硬頂板的煤層時，會形成異乎尋常的劇烈來壓。近年來，隨著特厚煤層大采高綜放開采先進采煤技術(shù)在我國部分礦區(qū)的成功應用，從而使得長壁工作面開采強度、采場空間以及推進速度急速提高。這種條件下，劇烈礦壓的顯現(xiàn)已經(jīng)遠遠超出了堅硬基本頂?shù)淖饔靡鸬牡V壓顯現(xiàn)范圍。高位堅硬頂板巖層的破斷失穩(wěn)引發(fā)的采場應力場、覆巖空間結(jié)構(gòu)演化更加復雜，大規(guī)模高強度的開采擾動不僅導致垮落帶范圍覆巖劇烈運動，而且會使上覆采空區(qū)空間平衡結(jié)構(gòu)進一步失穩(wěn)，從而形成采空區(qū)頂板巖層大面積異常礦壓劇烈顯現(xiàn)，甚至誘發(fā)沖擊地壓、煤與瓦斯突出等煤巖動力災害。因此，在煤礦長壁工作面開采中必須對高位堅硬頂板進行控制。
[0003]目前，關于堅硬頂板的控制方法主要集中在距離煤層50m范圍以內(nèi)的中低位堅硬頂板巖層的控制方法，主要有超前工作面煤壁深孔爆破預裂頂板、超前工作面煤壁高壓水致裂、頂板注水弱化、深淺孔聯(lián)合爆破等，這在以往中低位堅硬頂板控制上取得了很大的成效，但這些方法主要基于在井下施工，鉆孔施工長度有限，故控制范圍有限，很難實現(xiàn)對距開采煤層100~350m的高位堅硬頂板巖層的控制。因此，隨著大采高綜放高強度開采先進采煤技術(shù)的普遍應用，煤層上覆高位巖性完整、強度高、厚度大的堅硬頂板由于受到開采動影響，巖梁發(fā)生破斷造成礦壓顯現(xiàn)異常劇烈，從地面施工垂直孔進行多目的層以及某一目的層的分層水力壓裂弱化高位堅硬頂板控制就顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決目前缺乏壓裂弱化距煤層100~350m范圍的高位堅硬頂板巖層的方法及裝置，提供一種弱化距煤層100~350m高位堅硬頂板的方法及裝置。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:弱化距煤層100~350m高位堅硬頂板的方法，包括以下步驟:
a、在綜放特厚煤層上覆低位堅硬頂板最靠近工作面斷裂處的正上方地面垂直向下鉆一水力壓裂孔，水力壓裂孔末端鉆至距第一高位堅硬頂板底部1m處；在距水力壓裂孔的40m范圍內(nèi)鉆至少兩個與水力壓裂孔平行且深度一樣的導向壓裂孔；
b、將高壓水射孔與壓裂裝置伸入導向壓裂孔中，通過高壓水射孔與壓裂裝置向?qū)驂毫芽字凶⑷雺毫岩海瑝毫岩和ㄟ^高壓水射孔與壓裂裝置，在導向壓裂孔內(nèi)對第一高位堅硬頂板至少噴射切割出三層射孔割縫，對第二高位堅硬頂板至少噴射切割出兩層射孔割縫，所述每層射孔割縫間距至多1m ;
C、對堅硬頂板進行噴射切割后，繼續(xù)通過高壓水射孔與壓裂裝置注入壓裂液，使高壓水射孔與壓裂裝置保持坐封，同時向高壓水射孔與壓裂裝置內(nèi)注入支撐劑；
d、按照同樣方法，再將高壓水射孔與壓裂裝置伸入水力壓裂孔，對水力壓裂孔內(nèi)各層堅硬頂板進行逐層噴射切割、注入支撐劑；
e、在水力壓裂孔10各層堅硬頂板噴射切割、注入支撐劑壓裂施工結(jié)束后，向高壓水射孔與壓裂裝置中注入清洗劑，對高壓水射孔與壓裂裝置進行反循環(huán)清洗，壓裂弱化堅硬頂板施工完成。
[0006]本發(fā)明施工過程先進行導向壓裂孔的射孔割縫施工，再進行水力壓裂孔的射孔割縫與水力壓裂。在水力壓裂孔四周布置導向壓裂孔，經(jīng)高壓水射孔與壓裂裝置注入壓裂液與支撐劑，形成射孔割縫，射孔割縫尖端出現(xiàn)剪切破壞區(qū)并在周邊區(qū)域形成塑性區(qū)，再對水力壓裂孔進行壓裂時，裂縫會按照裂縫擴展最大主應力準則進行擴展，形成導向壓裂裂縫，從而實現(xiàn)了導向水力壓裂高位堅硬頂板的控制。從地面施工垂直孔進行分層壓裂弱化高位堅硬頂板，不僅能夠?qū)γ簩由细哺呶粓杂岔敯暹M行有效控制，而且能夠?qū)Χ嗄康膶?高位堅硬頂板關鍵層)進行分層水力壓裂弱化控制，同時，也能實現(xiàn)對某一目的層(高位堅硬頂板關鍵層)進行分層水力壓裂弱化控制。
[0007]實現(xiàn)弱化距煤層100~350m高位堅硬頂板方法的高壓水射孔與壓裂裝置，包括一端封閉的圓柱形套管，所述套管內(nèi)設有可伸入套管底部的壓裂管柱，所述壓裂管柱由引導器、花管、逆止閥、水力錨、液壓封隔器、扶正器、射孔槍、接頭依次貫通連接構(gòu)成；所述逆止閥保證液體由套管向壓裂管柱內(nèi)流動時打開，壓裂管柱向套管內(nèi)流動時關閉；所述液壓封隔器與套管內(nèi)壁貼合；所述套管口部設有密封塞；所述壓裂管柱穿過密封塞與套管口部連接；所述密封塞上、套管口與壓裂管柱之間還穿有注支撐劑管。
[0008]本發(fā)明所述的弱化距煤層100~350m高位堅硬頂板的方法及裝置，其有益效果為:通過在地面向高位堅硬頂板巖層中施工垂直水力壓裂孔與導向壓裂孔，實施分層射孔割縫、壓裂，導向壓裂裂縫有序擴展，分層多段壓裂，從而達到高位堅硬頂板控制，有效降低了工作面異常礦壓顯現(xiàn)的現(xiàn)象，實現(xiàn)了特厚煤層高強度綜放開采礦壓的控制，確保了工作面安全高效生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明所述水力壓裂孔與導向壓裂孔分布結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明所述水力壓裂孔與導向壓裂孔射孔割縫、壓裂堅硬頂板紋路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明所述高壓水射孔與壓裂裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中1-套管，2-引導器，3-花管，4-逆止閥，5-水力銷，6-液壓封隔器，7-扶正器，8-射孔槍，9-接頭，10-水力壓裂孔，11-綜放特厚煤層，12-上覆低位堅硬頂板，13-第一高位堅硬頂板，14-第二高位堅硬頂板，15-地面，16-導向壓裂孔，17-射孔割縫，18-導向壓裂裂縫，19-密封塞，20-注支撐劑管，21-環(huán)空。
【具體實施方式】
[0011]弱化距煤層100~350m高位堅硬頂板的方法，包括以下步驟:
a、在綜放特厚煤層11上覆低位堅硬頂板12最靠近工作面斷裂處的正上方地面15垂直向下鉆一水力壓裂孔10，水力壓裂孔10末端鉆至距第一高位堅硬頂板13底部1m處；在距水力壓裂孔10的40m范圍內(nèi)鉆至少兩個與水力壓裂孔10平行且深度一樣的導向壓裂孔16 ；
b、將高壓水射孔與壓裂