煤巷掘进工作面煤层顶板水力压裂增渗抽采方法与流程

1.本发明属于煤矿井下水力压裂增渗技术领域，涉及一种煤巷掘进工作面煤层顶板水力压裂增渗抽采方法。


背景技术：

2.随着我国采煤技术及瓦斯治理技术的提升，我国煤炭资源开发正向安全高效开采迈进，在保证安全的前提下，煤炭产量逐年提升，为各行各业提供了最稳定可靠供能源保障。但随着开采深度的增加，地应力和瓦斯压力增大，渗透率降低，为安全开采带来了巨大的挑战，瓦斯治理仍然是瓦斯矿井最重要的工作之一，瓦斯治理的好坏直接关乎煤炭开采产量，其中煤巷掘进的瓦斯治理则是其中一项重大难题。由于煤巷掘进直接在煤层中进行，如需要快速布置工作面，保证矿井正常生产接续，提高煤矿经济效益，则必须提高煤巷掘进速度，而煤巷掘进工作面的瓦斯排放钻孔需要足够的时间进行排放或抽采，否则在掘进时易发生瓦斯超限或者煤与瓦斯突出事故，造成人员伤亡，因此掘进速度和瓦斯治理形成了矛盾。
3.目前在煤层底板施工底抽巷并采用穿层钻孔抽采计划掘进煤巷瓦斯的方法可在时间和空间上解决掘进和瓦斯治理的矛盾，但该种方法工程量巨大，成本高、瓦斯钻孔利用率低，不适合大量推广。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤巷掘进工作面煤层顶板水力压裂增渗抽采方法，解决煤矿井下煤巷掘进速度和瓦斯治理的矛盾问题以及当前煤巷掘进瓦斯治理工程量大、成本高的问题。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种煤巷掘进工作面煤层顶板水力压裂增渗抽采方法，包含以下步骤：
7.步骤1，获取计划掘进煤巷的煤层厚度h、煤层坚固性系数f1，顶板坚固性系数f2，计划掘进煤巷长度d、计划掘进钻场需要的长度bz、煤巷计划掘进的月进尺v；
8.步骤2，设计计划掘进钻场，n个计划掘进钻场沿计划掘进煤巷的掘进方向两侧交替布置，相邻两个计划掘进钻场的间距为sz，sz、n分别按下式计算：
9.sz＝2vf2[0010][0011]
式中，v为煤巷计划掘进的月进尺，f2为顶板坚固性系数，d为计划掘进煤巷长度，sz计算结果保留小数点后1位，n计算结果四舍五入取整数；
[0012]
步骤3，在已掘进钻场向掘进方向平行煤层及计划掘进煤巷施工顶板定向长钻孔，顶板定向长钻孔水平段与煤层的距离为hk，水平投影与计划掘进煤巷的距离为pk，终孔点超出下一计划掘进钻场的距离为ck，hk、pk、ck分别按下式计算：
[0013]hk
＝2vf2[0014][0015]ck
＝0.5v
[0016]
式中，h为煤层厚度，f1为煤层坚固性系数，f2为顶板坚固性系数，v为煤巷计划掘进的月进尺，计算结果保留小数点后1位；
[0017]
步骤4，进行步骤3中已掘进钻场的顶板定向长钻孔分段水力压裂，压裂完成并排水后连接抽采管路进行抽采；
[0018]
循环步骤3～步骤4，直至第n个已掘进钻场内的顶板定向长钻孔压裂完成并排水后连接抽采管路进行抽采。
[0019]
可选的，煤巷掘进作业与顶板定向长钻孔施工、分段水力压裂施工、顶板定向长钻孔排水平行作业。
[0020]
可选的，在已掘进煤巷超过该计划掘进钻场设计位置后，掘进该计划掘进钻场，掘进完成后该钻场则为已掘进钻场。
[0021]
本发明的有益效果在于：
[0022]
本发明的一种煤巷掘进工作面煤层顶板水力压裂增渗抽采方法，通过交替布置钻场施工定向长钻孔并进行水力压裂，提高煤巷区域煤层透气性，提高定向长钻钻孔的抽采范围。该方法交替布置方式既保证了压裂范围能覆盖计划掘进煤巷，又可保证两个钻场在空间上的超前而不窜孔，偏离巷道一定距离的布置方式又可防止在煤巷上方直接压裂破坏顶板后影响掘进和支护，避免了掘进和抽采交替且可保证掘进过程中抽采钻孔不受破坏。
[0023]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0024]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0025]
图1为本发明的钻场及顶板定向长钻孔动态布置平面示意图；
[0026]
图2为本发明的顶板定向长钻孔层位剖面示意图。
具体实施方式
[0027]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0028]
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不
代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0029]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0030]
请参阅图1～图2，假设获取到的计划掘进煤巷的煤层厚度h＝2m、煤层坚固性系数f1＝1，顶板坚固性系数f2＝3，计划掘进煤巷长度d＝1500m、计划掘进钻场需要的长度bz＝9m，煤巷计划掘进的月进尺v＝60m。
[0031]
将n个计划掘进钻场沿计划掘进煤巷的掘进方向两侧交替布置，两个相邻计划掘进钻场的间距为sz，沿煤巷掘进方向将各个计划掘进钻场分别命名为1#、2#、3#、4#......n#，sz、n分别按下式计算：
[0032]
sz＝2vf2[0033][0034]
式中，v为煤巷计划掘进的月进尺，f2为顶板坚固性系数，d为计划掘进煤巷长度，sz计算结果保留小数点后1位，n计算结果四舍五入取整数，通过计算sz＝360.0m、n＝4；
[0035]
开始掘进后，当煤巷超过1#计划掘进钻场设计位置后，开始掘进1#计划掘进钻场，掘进完成后该钻场则变为1#已掘进钻场。
[0036]
在1#已掘进钻场向掘进方向平行煤层及计划掘进煤巷施工顶板定向长钻孔，顶板定向长钻孔水平段与煤层的距离为hk，水平投影与计划掘进煤巷的距离为pk，终孔点超出2#计划掘进钻场的距离为ck，hk、pk、ck分别按下式计算：
[0037][0038][0039]ck
＝0.5v
[0040]
式中，h为煤层厚度，f1为煤层坚固性系数，f2为顶板坚固性系数，v为煤巷计划掘进的日进尺，计算结果保留小数点后1位，经计算hk＝6.0m，pk＝12.0m，ck＝30.0m。
[0041]
顶板定向长钻孔施工完成后进行1#已掘进钻场的顶板定向长钻孔分段水力压裂，压裂完成并排水后连接抽采管路进行抽采。
[0042]
在上述1#已掘钻场内进行顶板定向长钻孔施工、分段水力压裂施工、顶板定向长钻孔排水时，煤巷掘进仍在平行作业，当煤巷超过2#计划掘进钻场设计位置后，在2#已掘进钻场向掘进方向平行煤层及计划掘进煤巷施工顶板定向长钻孔，顶板定向长钻孔水平段与煤层的距离仍为hk＝6.0m，水平投影与计划掘进煤巷的距离仍为pk＝12.0m，终孔点超出3#计划掘进钻场的距离仍为ck＝30.0m。
[0043]
2#已掘钻场内的顶板定向长钻孔施工完毕后，进行2#已掘进钻场的顶板定向长钻孔分段水力压裂，压裂完成并排水后连接抽采管路进行抽采。
[0044]
以此类推，直至第n个已掘进钻场内的顶板定向长钻孔压裂完成并排水后连接抽采管路进行抽采，完成整个煤巷掘进工作面的煤层顶板水力压裂增渗抽采。
[0045]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。