綜放工作面架間定向水壓致裂頂煤弱化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種綜放工作面頂煤弱化的方法，稱之為“綜放工作面架間定向水壓致裂頂煤弱化方法”。這種方法在綜放工作面架間，利用氣動或液壓錨桿鉆機向支架上方完整頂煤區(qū)域施工致裂鉆孔，采用專用開槽鉆頭進行定向開槽，水力膨脹式高壓封孔器進行封孔，高壓泵注入高壓水進行定向壓裂，以此實現(xiàn)支架上方完整頂煤特定區(qū)域的定向、定點弱化。
【專利說明】綜放工作面架間定向水壓致裂頂煤弱化方法 所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種綜放工作面頂煤弱化的方法，特別是一種綜放工作面架間定向水 壓致裂頂煤弱化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 綜放開采技術(shù)因其生產(chǎn)能力大、效率高、效益好等特點，已成為厚及特厚煤層開采 的首選方法，雖然綜放開采技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，但從綜放開采實踐可知，回 收率低仍是綜放工作面的共性問題，尤其是針對頂煤普氏硬度系數(shù)較大、初性較強的綜放 工作面而言，運種現(xiàn)象尤為明顯。目前綜放開采頂煤弱化技術(shù)主要有：工作面架間淺孔爆 破、工作面順槽或工藝巷內(nèi)深孔爆破、工作面超前注水軟化等方法。其中工作面架間淺孔爆 破由于弱化的直接性，頂煤弱化效果非常明顯，但鑒于其安全性問題，該種方法已被國家明 令禁止;工作面順槽或工藝巷內(nèi)深孔爆破成本高、可控性差，放炮過程中易產(chǎn)生大量粉塵， 惡化工作面環(huán)境，在高瓦斯礦井中極易引發(fā)瓦斯爆炸，在松軟頂板工作面易造成冒頂事故； 工作面超前注水軟化技術(shù)注水時間較長、注水量較大，對滲透系數(shù)小、孔隙率低的煤體而言 效果較差。本發(fā)明提供的頂煤弱化方法可W實現(xiàn)支架上方完整頂煤特定區(qū)域的定向、定點 弱化，具有成本低、可控性好、效果顯著的特點，工作面頂煤回收率可W得到顯著提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低、可 控性好、效果顯著的綜放工作面架間定向頂煤弱化方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括如下步驟：
[0005] (1)利用智能電視鉆孔成像技術(shù)，對支架上方頂煤破碎狀態(tài)進行探測，確定支架上 方完整頂煤區(qū)域；
[0006] (2)采用氣動或液壓錯桿鉆機在綜放工作面支架架間垂直或傾斜施工致裂鉆孔， 鉆孔深度至完整頂煤區(qū)域；
[0007] (3)退出鉆桿，更換開槽鉆頭，并導(dǎo)入鉆孔孔底，旋轉(zhuǎn)鉆機，進行人工開槽；
[000引（4)取出鉆桿及開槽鉆頭，將高壓密封式安裝桿與水力膨脹式高壓封孔器連接，并 將水力膨脹式高壓封孔器送入距開槽位置IOcm處；
[0009] (5)將高壓膠管、截止閥及高壓密封式安裝桿相連接，高壓膠管另一端連接高壓 累；
[0010] (6)開啟高壓累，打開截止閥，通過高壓膠管向致裂鉆孔內(nèi)注入高壓水，水力膨脹 式高壓封孔器開始膨脹，實現(xiàn)封孔及定向壓裂；
[0011] (7)當(dāng)水壓致裂管路上壓力表數(shù)值呈現(xiàn)突降趨勢時，模形槽尖端破裂，形成定向裂 縫，高壓水沿此定向裂縫不斷向外擴展，當(dāng)壓裂時間達到12mim~15mim，致裂半徑內(nèi)定向裂 隙貫通，關(guān)閉高壓累及截止閥，停止高壓水力壓裂；
[0012] (8)取出水力膨脹式高壓封孔器，重復(fù)上述（2)~（7)過程，直至完成所有鉆孔壓 裂。
[0013] 步驟（2)所述施工鉆孔所用鉆桿為(p33.5imn專用鉆桿，鉆孔孔徑為(p50mm，鉆孔 間距為15m。
[0014] 步驟（4)所述高壓密封式安裝桿直徑為(p2〇mm，水力膨脹式高壓封孔器直徑為 (p38mm〇
[0015] 步驟(6)所述水力膨脹式高壓封孔器膨脹封孔的壓力不低于4MPa，高壓累致裂壓 力在20MPaW上。
[0016] 本發(fā)明實現(xiàn)綜放工作面架間定向水壓致裂頂煤弱化的基本原理是:利用高壓水對 完整頂煤區(qū)域人為制造的模形槽進行定向壓裂，在高壓水作用下，模形槽尖端處產(chǎn)生急劇 的應(yīng)力集中，當(dāng)模形槽尖端集中應(yīng)力超過煤體的致裂強度時，煤體將首先在模形槽尖端致 裂，并在水壓的繼續(xù)作用下沿此裂縫擴展延伸，最終與相鄰壓裂孔裂隙貫通，從而在完整頂 煤區(qū)域形成弱面，減小分層的厚度，降低煤層的強度和完整性，最終實現(xiàn)頂煤的順利回收。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是，W具備"成本低、可控性好、效果顯著"特點的綜放工作面架 間定向水壓致裂頂煤弱化技術(shù)，解決了目前綜放工作面頂煤弱化技術(shù)存在的成本高、可控 性差、效果不明顯的問題，改善了綜放工作面頂煤的冒放性，保證了綜放工作面的高回收率 開采。
【附圖說明】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0019] 圖1是本發(fā)明工作面定向水壓致裂頂煤弱化A-A剖面圖
[0020] 圖2是本發(fā)明工作面定向水壓致裂頂煤弱化平面圖
[0021] 圖1中1-模形槽;2-定向裂縫;3-致裂鉆孔;4-水力膨脹式高壓封孔器;5-支架上方 頂煤;6-綜放液壓支架;7-高壓密封式安裝桿;8-截止閥;9-壓力表;10-高壓膠管
[0022] 圖2中3-致裂鉆孔;6-綜放液壓支架;11-綜放工作面
【具體實施方式】
[0023] W下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的描述：
[0024] 某礦煤層平均厚度13.7m，為中硬煤層，煤層傾角1~3%采用綜采放頂煤技術(shù)進行 回采，割煤高度3.2m，平均放煤高度10.5m，定向水壓致裂前，工作面頂煤回收率為40%~ 50%，根據(jù)智能電視成像技術(shù)探測分析可知，工作面支架上方4.5mW上頂煤完整性較好。根 據(jù)現(xiàn)場的實際情況，為對支架4.5mW上完整頂煤區(qū)域進行弱化，首先采用氣動或液壓錯桿 鉆機在綜放工作面(11)內(nèi)綜放液壓支架(6)架間垂直施工致裂鉆孔(3)，鉆孔間距15m，鉆孔 直徑為50mm，鉆孔深度6.5m;其次退出鉆桿，更換開槽鉆頭，并導(dǎo)入鉆孔孔底，旋轉(zhuǎn)鉆機，形 成模形槽（1);隨后取出鉆桿及開槽鉆頭，將高壓密封式安裝桿(7)與水力膨脹式高壓封孔 器(4)連接，并將水力膨脹式高壓封孔器(4)送入距開槽位置IOcm處;接著將高壓膠管（10)、 壓力表(9)、截止閥（8)及高壓密封式安裝桿(7)相連接，高壓膠管（10)另一端連接高壓累； 開啟高壓累，打開截止閥(8)，通過高壓膠管（10)向致裂鉆孔(3)內(nèi)注入高壓水，水力膨脹式 高壓封孔器(4)開始膨脹實現(xiàn)封孔及定向壓裂；當(dāng)致裂管路中壓力表(9)數(shù)值突降時，模形 槽（1)尖端破裂，形成定向裂縫(2)，高壓水沿定向裂縫(2)不斷向外擴展，當(dāng)壓裂時間達到 12mim~15mim，致裂半徑內(nèi)裂隙貫通，關(guān)閉高壓累及截止閥（8)，停止高壓水力壓裂;最后取 出水力膨脹式高壓封孔器(4)，重復(fù)W上步驟，再次進行鉆孔深度為8.5m位置處定向壓裂。
【主權(quán)項】
1. 一種綜放工作面架間定向水壓致裂頂煤弱化方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 利用智能電視鉆孔成像技術(shù)，對支架上方頂煤破碎狀態(tài)進行探測，確定支架上方完 整頂煤區(qū)域； (2) 在綜放工作面（11)內(nèi)，采用氣動或液壓錯桿鉆機在綜放液壓支架(6)架間垂直施工 鉆孔(3); (3) 退出鉆桿，更換開槽鉆頭，并導(dǎo)入鉆孔孔底，旋轉(zhuǎn)鉆機，形成模形槽(1); (4) 取出鉆桿及開槽鉆頭，將高壓密封式安裝桿(7)與水力膨脹式高壓封孔器(4)連接， 并將水力膨脹式高壓封孔器(4)送入距開槽位置IOcm處； (5) 將高壓膠管（10)、壓力表(9)、截止閥（8)及高壓密封式安裝桿(7)相連接，高壓膠管 (10)另一端連接高壓累； (6) 開啟高壓累，打開截止閥（8)，通過高壓膠管（10)向致裂鉆孔(3)內(nèi)注入高壓水，水 力膨脹式高壓封孔器(4)開始膨脹實現(xiàn)封孔及定向壓裂； (7) 當(dāng)水壓致裂管路上壓力表(9)數(shù)值呈現(xiàn)突降趨勢時，模形槽尖端（1)破裂，形成定向 裂縫(2)，高壓水沿定向裂縫(2)不斷向外擴展，當(dāng)壓裂時間達到12mim~15mim，致裂半徑內(nèi) 裂隙貫通，關(guān)閉高壓累及截止閥(8)，停止高壓水力壓裂； (8) 取出水力膨脹式高壓封孔器(4)，重復(fù)上述(2)~(7)過程，直至完成所有鉆孔壓裂。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜放工作面架間定向水壓致裂頂煤弱化方法，其特征在于:在 工作面支架上方完整頂煤區(qū)域進行人工開槽，采用高壓水實現(xiàn)開槽位置的定向壓裂。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜放工作面架間定向水壓致裂頂煤弱化方法，其特征在于:所 述施工致裂鉆孔(3)所用鉆桿為q>33.5rmn專用鉆桿，鉆孔孔徑為(p50mm，鉆孔間距化5m。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜放工作面架間定向水壓致裂頂煤弱化方法，其特征在于:所 述高壓密封式安裝桿(7)直徑為(p20mm，水力膨脹式高壓封孔器(4)直徑為和38mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜放工作面架間定向水壓致裂頂煤弱化方法，其特征在于:所 述水力膨脹式高壓封孔器(4)膨脹封孔的壓力不低于4MPa，高壓累致裂壓力在20MPaW上。
【文檔編號】E21C41/18GK105909225SQ201510973186
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年12月24日
【發(fā)明人】毛德兵, 王東攀, 黃志增, 張震, 張學(xué)亮, 孫曉冬, 薛吉勝
【申請人】天地科技股份有限公司