[发明专利]一种弱化煤层坚硬顶板的方法

说明书

技术领域

本发明属于煤层坚硬难垮顶板弱化处理技术领域，具体是一种弱化煤层坚硬顶板的方法。

背景技术

在我国赋存有大量坚硬顶板煤层，该类顶板直接赋存在煤层上方或厚度较薄的直接顶上面，强度高、厚度大、整体性强、节理裂隙不发育。当采用刀柱采煤法或长壁垮落采煤法开采时，坚硬顶板能在采空区悬露很大面积而不垮落，初次来压和周期来压步距大，来压时产生动压冲击，容易损坏支架，严重情况下采空区悬顶面积可达几千、几万平方米。及时处理悬露的坚硬顶板，降低能量聚积以及减小顶板下落高度是防止顶板大面积冒落的基本方法。

煤矿坚硬难垮顶板的治理，一直是煤矿顶板岩层控制领域较为重要的研究内容。处理坚硬顶板主要是通过采取强制放顶措施改变顶板的力学条件，进而削弱顶板的强度和破坏顶板的完整性整，使采空区顶板能够分层分次垮落，缩短初次来压和周期来压步距，从而降低来压强度，达到减小或消除坚硬难垮顶板对工作面回采危害的目的。国内外处理煤矿坚硬顶板的方法多以爆破法为主、井下注水压裂弱化法为辅。爆破法施工简单，但工程量大、污染井下环境，且对于高瓦斯矿井，还存在安全隐患。井下压裂注水弱化法的应用范围也有其局限性，主要原因是注水排量受限，压裂及弱化区域范围有限。煤与煤层气共采国家重点实验室正在开发相关技术。

发明内容

本发明为了解决在实际开采过程中，坚硬顶板大面积悬露，难以自然垮落，在垮落后多为大面积垮落，其影响范围较大，严重情况下会造成矿震，此时的突发性灾害事故直接影响着矿区的正常与安全生产的问题，提供一种弱化煤层坚硬顶板的方法。

本发明采取以下技术方案：一种弱化煤层坚硬顶板的方法，具体步骤如下，

1）钻井设置：

布井严格结合井下巷道掘进速度，保证工程施工前对井下采掘不受影响，将水力压裂钻井布置在切眼往里200m范围内，钻井间距100-200m，考虑工程井后期要进行地面瓦斯抽放，故钻井布置选择在距离回风巷较近一侧。

2）地面钻井：

（1）钻井一开孔采用Ф311mm钻头开孔，钻进至稳定基岩以下，下入Ф244.5mm表层套管至孔深，注水泥全封固；

（2）钻井二开孔采用Ф215.9mm钻头钻至揭露煤层停钻，钻井后填砂至坚硬顶板以下，下入Ф139.7mm生产套管至填砂砂面，常规密度固井，候凝72小时后，测固井质量，试压。

3）化学溶蚀：

完井后，对老顶坚硬顶板采用射孔，注入化学溶液后，关井24小时-36小时，保证化学溶液充分溶蚀老顶，降低应力集中，同时利于后续压裂施工。

4）水力压裂：

对施工井老顶进行常规水力加砂压裂，采用光套管注入施工，要求水力支撑裂缝半长为100～130m。

5）地面抽采：

采用Ф114mm钻头钻井至煤层位置，对井口安装地面瓦斯抽放设备进行瓦斯地面抽采。通过对竖直采动影响区域瓦斯地面抽采，能够避免瓦斯集中释放和采空区瓦斯一次大量涌出，实现对采动影响区域煤层瓦斯的治理和控制。

与现有技术相比，本发明既可充分发挥化学溶液对坚硬顶板岩石的软化作用，又能充分发挥水力压裂对岩石切割造缝作用，从而使坚硬顶板岩石软化；一方面预先切断老顶，弱化顶板，减弱工作面初次来压强度；另一方面压裂弱化顶煤，增强顶煤透气性，使顶煤及时垮落，避免瓦斯集中释放和采空区瓦斯一次大量涌出。可获得以下五方面的有益效果：

1)突破传统煤层坚硬顶板处理方法的束缚，能够实现对地质构造复杂、坚固及较厚坚硬顶板冲击地压解危。

2)通过化学与物理方法综合作用对坚硬顶板岩石软化及破碎，降低冲击地压风险。

3)通过化学作用软化岩石后，有利于降低岩石破裂压力；再实施水力压裂，更利用施工的顺利进行，能够降低岩石强度。

4)从安全角度讲，该方法是一种积极主动的区域性防范措施，目的更为明确。

5)通过压裂弱化老顶坚硬顶板，增强顶煤透气性，避免瓦斯集中释放和采空区瓦斯一次大量涌出，达到初采瓦斯超限治理的目的。

附图说明

图1为钻井布置平面图；

图2为钻井结构示意图；

图中1-停采区，2-工作面，3-回风巷，4-钻井，5-进风巷，6-一开孔，7-二开孔，8-射孔。

具体实施方式