[发明专利]一种定向水力切顶的方法及其装置

说明书

本发明属于煤矿开采技术领域，且公开了一种定向水力切顶的方法，具体操作步骤如下：S1、对工作面生产地质条件进行探测，分析判断顶板关键岩层的位置；S2、根据工作面生产地质条件探测的结果，设计水力切顶方向、范围等参数；S3、根据切顶参数施工切顶钻孔；之后按照设计的参数进行定向水力切顶工作。本发明通过设置一整套完整的定向水力切顶的装置，包括割缝压裂一体器、高压双层钻杆、高压砂浆水射流装置等，采用定向水力切顶的方法，通过在切顶钻孔内壁预制缝槽，使高压水沿两个缝槽方向将岩层劈裂、扩散，有效的解决了水力切顶扩散范围不确定的问题，从而达到定向水力切顶的目的，对控制工作面矿压影响具有重大意义。

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，具体是一种定向水力切顶的方法及其装置。

背景技术

在煤矿开采过程中，煤层顶板常出现坚硬岩层，这些岩层硬度大且一般分层厚度大，当工作面回采后，这些岩层极不易冒落，从而容易形成悬顶；当悬顶过大时，极易造成工作面隅角瓦斯超限；若大面积悬顶突然垮落，容易引发飓风等灾害；悬顶还会给巷道及护巷煤柱施加附加应力，影响巷道支护系统，造成巷道变形，严重影响工作面正常生产。

目前切顶卸压的方法一般为深孔预裂爆破技术和水力压裂技术，深孔预裂爆破需要专业爆破装置，并且操作不方便；但水力压裂技术在实际运用中，受地应力及顶板岩层状态的影响，水力压裂方向和扩散范围不确定，影响水力压裂切顶的效果。

目前，业界关于水力切顶的方法，压裂时高压水在压裂点附近进行扩散，从而沿压裂点四周形成环向的结构弱面，弱化顶板岩层，从而达到切顶卸压的目的；但在此压裂过程中，无法控制高压水的扩散方向，往往水力切顶的效果不理想。

因此，需要研究一种可以保证水力切顶按照设计方向扩散的方法。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，本发明提供了一种定向水力切顶的方法及其装置，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种定向水力切顶的方法，具体操作步骤如下：

S1、对工作面生产地质条件进行探测，分析判断顶板关键岩层的位置；

S2、根据工作面生产地质条件探测的结果，设计切顶方向、范围等参数；

S3、根据切顶参数施工切顶钻孔；

S4、将割缝压裂一体器送入设计的钻孔内第一割缝点处，使用高压砂浆水射流对割缝点处的钻孔内壁进行割缝；

S5、对完成割缝的割缝点进行压裂施工，完成第一割缝点的定向水力切顶作业；

S6、将割缝压裂一体器移动至该钻孔第二割缝点处，进行定向水力切顶作业；

S7、重复S4～S5的步骤，进行第三割缝点、第四割缝点…第n割缝点的定向水力切顶施工，直至完成该钻孔的定向水力切顶施工；

S8、采用钻孔窥视的方法检查定向水力切顶效果，若达到设计的切顶效果，继续采用该参数进行定向水力切顶，至全部施工完毕；若未达到设计的切顶效果，则重新分析选择切顶参数等，直至达到设计的切顶效果。

预先确定好切顶区域的地质条件，确定其基本的情况，保证后续工作的安全性与可行性，并且通过确定好的参数结合实际情况来分析并设计定向水力切顶参数，包括切顶方向、范围、钻孔的参数，并此来确定后续的压裂参数，随后按照预先设计好的参数施工切顶钻孔，并在割缝点处对钻孔内壁开设缝槽，并对割缝点处采用高压水进行压裂，持续注入的高压水作用在钻孔内壁上，由于割缝处钻孔内壁被破坏，此时在缝槽附近就会形成应力集中，当高压水的压力大于岩层的抗拉强度与最大主应力、最小主应力差值之和时，高压水就沿两个缝槽方向将岩层劈裂、扩散，从而达到定向水力切顶的目的。