[发明专利]煤与接触共生油页岩压裂共采方法

说明书

本发明公开了一种煤与接触共生油页岩压裂共采方法，通过在共采工作面靠近煤层顶板处斜向前方施工一排平行的压裂钻孔，压裂钻孔贯穿煤层上方的直接顶油页岩并延伸至上方的老顶岩层中，并设置脉冲压裂系统在直接顶油页岩产生脉冲压裂缝网、恒排量定向压裂系统在老顶岩层产生定向水压裂缝。共采支架尾梁处设放岩口，采煤机割煤通过前刮板输送机运输；架后垮落的直接顶油页岩从放岩口放出，并通过后刮板输送机运输。本发明提出了“直接顶油页岩脉冲压裂破碎+老顶定向压裂诱导矿压破岩”的煤层直接顶油页岩压裂弱化控制思路，充分破碎直接顶油页岩，显著改善上层油页岩的冒放性，降低油页岩冒落块度，达到从架后放岩口放出的块度要求。

技术领域

本发明涉及矿山开采技术领域，具体涉及一种煤与接触共生油页岩压裂共采方法。

背景技术

中国已探明的大量矿床中，单一矿种的矿床相对较少，大部分都有一种或多种共伴生矿产。煤系又称含煤地层、含煤建造，是一套含有煤层并有成因联系的沉积岩系。煤系矿产资源指含煤地层中有成因联系的所有矿产资源，包括煤和煤系共伴生矿产。传统煤矿仅开采煤炭资源，对煤系共伴生矿产资源考虑较少或没有考虑，导致极大的矿产资源浪费。尤其是对于煤层上部直接赋存另外一种矿产资源的情况，如延安禾草沟煤矿、哈尔滨依兰矿区等煤层直接顶为油页岩，煤与煤系共伴生资源协调开采问题更加突出。

对于煤层直接顶为油页岩的情况，如果先开采下部煤层，上部直接顶油页岩会随着煤层的开采而破断垮落，破坏了油页岩的赋存状态，导致油页岩无法采出；如果先开采上部油页岩，则会破碎煤层直接顶，下部煤层开采时难以布置开采系统，导致煤炭资源无法采出。在现有开采技术条件下只能根据资源开采价值开采其中一种资源，而浪费另外一种资源。因此，需研发煤与接触共生油页岩共采方法，提高资源采出率。

针对煤与接触共生直接顶油页岩共采问题，可借鉴煤矿放顶煤开采技术，即开采煤层的同时，将煤层上部直接顶油页岩采用放顶煤的方法从架后放出，通过两套运输系统运输至地面。但由于油页岩相对煤层较硬，随着煤层的开采，架后直接顶油页岩难以及时冒落，且冒落块度大，会导致采出率极低。因此，采用放顶煤的形式进行煤与接触共生直接顶油页岩共采的核心关键技术难题是如何快速充分破岩，使得架后直接顶油页岩及时充分冒落，且冒落块度减小。

水力致裂弱化煤岩体的原理是利用钻孔水压力改变孔边岩体的应力状态，导致孔边起裂和裂缝扩展，进而利用裂隙水压力，控制水压裂缝的扩展。通过水压主裂缝和翼型分支裂纹的扩展实现对煤岩体结构改造，弱化煤岩体的整体力学特性；同时改善煤岩体的渗透性能，水通过裂隙向煤岩体内部渗透，导致煤岩体的含水量增大，从而弱化煤岩体的强度。

定向压裂是通过预割缝等定向措施，引导水压裂缝定向起裂并扩展，在岩体中形成一条沿预定方向的水压裂缝，实现对岩体的定向破裂，是一种安全高效的定向破岩技术。脉冲压裂是通过高频脉冲的泵注形式，利用脉冲疲劳冲击作用，在岩体中产生不受地应力控制的水压裂缝网络，充分破碎岩体，是一种安全高效的岩石破碎技术。

发明内容

针对煤与接触共生直接顶油页岩独立开采存在的相互影响及资源浪费等矛盾，以及共采时油页岩及时充分破碎的难题，本发明提出一种煤与接触共生油页岩压裂共采方法，采用共采液压支架，支架尾梁处设有放岩口，配套两部刮板输送机，采煤机割煤通过前刮板输送机运输；架后垮落的直接顶油页岩从放岩口放出，并通过后刮板输送机运输。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤与接触共生油页岩压裂共采方法，包括如下步骤：