一种煤层工作面切眼及顺槽水力压裂施工方法与流程

1.本发明涉及煤矿开采领域，特别涉及综放工作面初采初放期间顶板弱化施工方法，具体为一种煤层工作面切眼及顺槽水力压裂施工方法。


背景技术：

2.现有煤矿中，某煤层采用长壁、综合机械化放顶煤工艺开采，全部跨落法管理顶板，工作面机采高度为2.6m，放顶煤厚度为1.3m，采放比为2：1，循环进度0.6m，采用“一采一放”工艺。根据现有综采工作面放顶煤设计中的描述，初采初放期间，直接顶顶板初次垮落步距为12~18m。支架推出切眼8m后，直接顶一旦有局部垮落，就可以开始放顶煤，保证煤炭的回收率。但是根据生产实际情况，在未采取任何其他措施的情况下，在初采初放期间，支架推出切眼8m后，直接顶完全无垮落迹象，无法放顶煤。
3.以已回采的某综放工作面i段为例，在其初采初放期间，支架推出切眼约35m后，直接顶才有了局部垮落迹象，才可以开始放顶煤，导致约27m的顶煤未能有效回收，造成了资源浪费，可以计算得出该综放工作面i段初采初放期间浪费的煤炭资源如下式：q循环= l2
×h×s×
γ
×
c2
×
27=131.8
×
1.3
×
0.6
×
1.43
×
85%
×
27=3373.87t式中：l2——放顶煤长度，m，取131.8m；h——煤层厚度，m，工作面采高h1=2.6m，放煤高度h2=1.3m；s——循环进度，0.6m；γ——原煤容重，1.43t/m3；c2——工作面顶煤回采率，85%。
4.另一方面采空区的悬顶面积大，初次来压矿压显现严重，对安全生产带来了较大的压力。


技术实现要素：

5.为了解决目前初采初放期间，支架推出切眼直接顶完全无垮落迹象，无法放顶煤，待出现垮落后才开始放顶煤而造成资源严重浪费，并且采空区悬顶面积大，初采初放矿压显现严重，对生产安全造成一定危险等问题，采取水力压裂弱化顶板措施，并持续对水力压裂孔设计进行优化设计完善，本发明提供了一种煤层工作面切眼及顺槽水力压裂施工方法。
6.本发明采用如下技术实现：本发明所设计的一种煤层工作面切眼及顺槽水力压裂施工方法，包括以下步骤：a，使用煤矿用全液压坑道钻机进行压裂钻孔施工，采用φ75mm的钻头和φ50mm的钻杆，在切眼方位内布置三组压裂孔，分别为压裂孔h、压裂孔s、压裂孔l，压裂孔h在切眼顶
板内距老山帮1米处呈单排布置，方向与切眼平行，即所有的压裂孔h在同一纵剖面上，且该剖面平行于采煤工作面所在的竖直平面，压裂孔h朝向进风顺槽，钻孔仰角45度，孔深20米，孔间距10米；压裂孔s在切眼内位于煤壁侧上沿，方向与切眼内煤壁侧上沿内煤壁侧上沿垂直，朝向煤壁，钻孔仰角35度，孔深24米；压裂孔l在切眼内位于煤壁侧上沿，方向与切眼内煤壁侧上沿垂直，朝向煤壁，钻孔仰角25度，孔深33米，压裂孔s与压裂孔l交错布置，孔间距10米；b，使用煤矿用全液压坑道钻机进行压裂钻孔施工，采用φ75mm的钻头和φ50mm的钻杆，在两顺槽自切眼向外各60米施工三组压裂孔，分别为压裂孔hⅰ、压裂孔sⅰ、压裂孔lⅰ，压裂孔hⅰ沿巷道内距煤柱帮1米呈单排布置，压裂孔hⅰ在距离切眼的10米处布置第一个孔，两巷各布置6个孔，两顺槽共12个孔，压裂孔hⅰ方向与巷道平行，即所有的压裂孔hⅰ在同一纵剖面上，且该剖面平行于巷道，压裂孔hⅰ朝向老山帮，仰角45度，孔深20米，孔间距10米；压裂孔sⅰ在距离切眼的10米处布置第一个孔，两巷各布置3个孔，两顺槽共6个孔，压裂孔sⅰ沿巷道内煤壁上边沿布置，方向与巷道内煤壁侧上沿垂直，朝向煤壁，压裂孔sⅰ钻孔仰角35度，孔深24米；压裂孔lⅰ在第一个压裂孔sⅰ的10米处布置第一个孔，两巷各布置3个孔，两顺槽共6个孔，压裂孔lⅰ沿巷道内煤壁上边沿布置，方向与巷道内煤壁侧上沿垂直，朝向煤壁，钻孔仰角25度，孔深33米，压裂孔sⅰ与压裂孔lⅰ交错布置，相邻的压裂孔sⅰ与压裂孔lⅰ的孔间距10米；c，用静压水清洗钻孔，利用窥视仪对钻孔进行窥视，确定预裂缝的位置；d，安装连接封孔器，接静压水对封孔器进行排气、试压，确定运作正常，通过高压胶管将连接好的手动泵和储能器与封孔器连接，连接处采用o圈密封，连接采用快速连接方式；高压水泵的电机功率为90kw，选择配备防爆开关的高压水泵，高压水泵的进水口接静压水，出水口接压力为80mpa的高压胶管，高压胶管与高压水泵出水口的连接采用a型扣压连接方式，高压胶管的另一端连接注水钢管，连接采用快速连接方式，连接处o圈密封，检查连接处，高压水泵先通水再通电，调整正反转，完成高压水泵连接调试；连接注水钢管将封孔器推送至预裂缝处，封孔，注水压裂采用倒退式压裂法；e，操作人员以及作业设备距离压裂孔的距离在20m以上，手动泵加压封孔器，待压力达到10～15mpa后停止加压，观察钻孔并监测压力表，压力表示数稳定，封孔器保压即为正常工作；f，开启水压仪，高压水泵先通水再通电，缓慢加压，同时记录高压水泵压力表、流量计以及手动泵压力表数据，继续加压直至预裂缝开裂，此时压力会突然下降，保压注水使裂纹继续扩展，保压注水压裂时间根据现场压裂情况确定，应当在30min以上，沿裂纹方向形成横向裂纹，过程中若巷道顶板、煤帮或钻孔中有水渗出或冒出时，立即停止压裂；g，压裂结束后，高压水泵先断电再断水，封孔器泄压，退出钻孔，利用窥视仪观察压裂效果；h，重复上述步骤c-g，逐一注水压裂并观察步骤a-b中钻开的每一个压裂孔。
7.与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种煤层工作面切眼及顺槽水力压裂施工方法，采取水力压裂弱化顶板措施，并持续对水力压裂孔设计进行优化设计完善，合理增加切眼和工作面两顺槽内工作面侧水力压裂钻孔数量的同时，对钻孔角度、深度进行优化改进，在水力压裂钻孔布置设计中，采用水力压裂孔s和水力压裂孔l一
方面弱化顶板，另一方面弱化煤体，由于距离孔口的压裂孔位于煤体范围内，压裂过程中对煤体同时进行了压裂，产生了许多裂隙，释放了矿压。初采初放过程中，支架后尾梁刚出切眼范围，直接顶还未大面积垮落前，就能够快速、及时、有效地放顶煤，有效回收顶煤，避免资源的浪费，提高了资源回收效率，形成了一套行之有效的综放工作面初采初放期间顶板弱化施工方法，能够广泛适用于井下综放工作面回采，是一种全新综放工作面初采初放期间顶板弱化施工方法。
附图说明
8.图1表示本发明中工作面切眼水力压裂钻孔布置位置平面图。
9.图2表示本发明中工作面两顺槽水力压裂钻孔布置位置平面图。
10.图3表示本发明中工作面切眼水力压裂钻孔s竖直剖面图。
11.图4表示本发明中工作面切眼水力压裂钻孔l竖直剖面图。
12.图5表示本发明中工作面切眼水力压裂钻孔h竖直剖面图。
13.图6表示本发明中工作面两顺槽水力压裂钻孔sⅰ竖直剖面图。
14.图7表示本发明中工作面两顺槽水力压裂钻孔lⅰ竖直剖面图。
15.图8表示本发明中工作面两顺槽水力压裂钻孔hⅰ竖直剖面图。
16.图中：1-压裂孔h，2-压裂孔s，3-压裂孔l，4-切眼，5-顺槽，6-压裂孔hⅰ，7-压裂孔sⅰ，8-压裂孔lⅰ，9-煤体。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明的具体实施例进行说明。
18.本发明所设计的一种煤层工作面切眼及顺槽水力压裂施工方法，包括以下步骤：a，切眼4内钻孔施工及压裂施工均由回风一侧向进风一侧依次进行作业，使用zdy1250型煤矿用全液压坑道钻机进行压裂钻孔施工，采用φ75mm的钻头和φ50mm的钻杆，如图1、5所示，在切眼4方位内布置三组压裂孔，分别为压裂孔h1、压裂孔s2、压裂孔l3，如图5所示，压裂孔h1在切眼4顶板内距老山帮1米处呈单排布置，方向与切眼4平行，即所有的压裂孔h1在同一纵剖面上，且该剖面平行于采煤工作面所在的竖直平面，压裂孔h1朝向进风顺槽，钻孔仰角45度，孔深20米，孔间距10米，压裂孔h1在距孔口10-15米范围内不进行压裂施工，确保切眼4内支护的完整性及安全性；如图3所示，压裂孔s2在切眼4内位于煤壁侧上沿，方向与切眼4内煤壁侧上沿垂直，朝向煤壁，钻孔仰角35度，孔深24米；如图4所示，压裂孔l3在切眼4内位于煤壁侧上沿，方向与切眼4内煤壁侧上沿垂直，朝向煤壁，钻孔仰角25度，孔深33米，压裂孔s2与压裂孔l3交错布置，孔间距10米，压裂孔l3可以弱化顶板，切断切眼4内直接顶和老顶（砂岩），使得初采初放期间顶板能够及时垮落，压裂孔s2和压裂孔l3压裂至孔口，二者一方面可以弱化顶板，另一方面由于距离孔口的压裂孔位于煤层煤体9范围内，再压裂过程中可以同时对煤体9进行压裂，在煤体9内产生许多裂隙，确保了初采初放过程中，能够快速、及时放顶煤，提高了资源回收效率；b，两巷钻孔施工及压裂施工均由里向外随着回采的推进逐步进行作业，使用zdy1250型煤矿用全液压坑道钻机进行压裂钻孔施工，采用φ75mm的钻头和φ50mm的钻杆，如图2位置，在两顺槽5自切眼4向外各60米施工三组压裂孔，分别为压裂孔hⅰ6、压裂孔sⅰ7、
压裂孔lⅰ8，如图2、8所示，压裂孔hⅰ6沿巷道内距煤柱帮1米呈单排布置，压裂孔hⅰ6在距离切眼4的10米处布置第一个孔，两巷各布置6个孔，两顺槽5共12个孔，如图8所示，压裂孔hⅰ6方向与巷道平行，即所有的压裂孔hⅰ6在同一纵剖面上，且该剖面平行于巷道，压裂孔hⅰ6朝向老山帮，仰角45度，孔深20米，孔间距10米；如图6所示，压裂孔sⅰ7在距离切眼4的10米处布置第一个孔，两巷各布置3个孔，两顺槽5共6个孔，压裂孔sⅰ7沿巷道内煤壁上边沿布置，方向与巷道内煤壁侧上沿垂直，朝向煤壁，压裂孔sⅰ7钻孔仰角35度，孔深24米；如图7所示，压裂孔lⅰ8在第一个压裂孔sⅰ7的10米处布置第一个孔，两巷各布置3个孔，两顺槽5共6个孔，压裂孔lⅰ8沿巷道内煤壁上边沿布置，方向与巷道内煤壁侧上沿垂直，朝向煤壁，钻孔仰角25度，孔深33米，压裂孔sⅰ7与压裂孔lⅰ8交错布置，相邻的压裂孔sⅰ7与压裂孔lⅰ8的孔间距10米，压裂孔sⅰ7和压裂孔lⅰ8压裂至孔口，二者一方面可以弱化顶板，另一方面由于距离孔口的压裂孔位于煤层煤体9范围内，再压裂过程中可以同时对煤体9进行压裂，在煤体9内产生许多裂隙，确保了初采初放过程中，能够快速、及时放顶煤，提高了资源回收效率；c，用静压水清洗钻孔，利用窥视仪对钻孔进行窥视，确定预裂缝的位置；d，安装连接封孔器，接静压水对封孔器进行排气、试压，确定运作正常，通过高压胶管将连接好的手动泵和储能器与封孔器连接，连接处采用o圈密封，连接采用快速连接方式；高压水泵的电机功率为90kw，选择配备防爆开关的高压水泵，高压水泵的进水口接静压水，出水口接压力为80mpa的高压胶管，高压胶管与高压水泵出水口的连接采用a型扣压连接方式，高压胶管的另一端连接注水钢管，连接采用快速连接方式，连接处采用o圈密封，检查连接处，高压水泵先通水再通电，调整正反转，完成高压水泵连接调试；连接注水钢管将封孔器推送至预裂缝处，封孔，注水压裂采用倒退式压裂法，即从钻孔底部向外依次进行压裂，解决压裂过程中的外密内疏的问题；e，操作人员以及作业设备距离压裂孔的距离在20m以上，支护条件良好，手动泵加压封孔器，待压力达到10～15mpa后停止加压，观察钻孔并监测压力表，压力表示数稳定，封孔器保压即为正常工作，若钻孔中有水流出或压力下降明显，说明封孔失效，检查封孔器各个连接处及封孔器本身，找出并解决问题，确保封孔器可以保压并工作正常；f，开启水压仪，高压水泵先通水再通电，缓慢加压，同时记录高压水泵压力表、流量计以及手动泵压力表数据，继续加压直至预裂缝开裂，此时压力会突然下降，保压注水使裂纹继续扩展，保压注水压裂时间根据现场压裂情况确定，应当在30min以上，沿裂纹方向形成横向裂纹，过程中若巷道顶板、煤帮或钻孔中有水渗出或冒出时，立即停止压裂；g，压裂结束后，高压水泵先断电再断水，封孔器泄压，退出钻孔，利用窥视仪观察压裂效果；h，重复上述步骤c-g，逐一注水压裂并观察步骤a-b中钻开的每一个压裂孔。
19.本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。