[发明专利]煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突方法

权利要求书

1.一种煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突方法，其按照先后顺序包括以下步骤：

步骤一：根据前期现场施工采集的资料和数据设计钻井参数和压裂施工参数；

步骤二：在煤矿一侧巷道对应的工作面开始端布置定向钻机，并使用该定向钻机以一定开孔角度向上部坚硬顶板的预设位置钻第一口水平井，水平段结束于距离工作面边缘一定距离处，然后以相同的方法钻第二口水平井，直至第n口水平井，各水平井的水平段均裸眼完井；或

在煤矿两侧巷道对应的工作面开始端布置定向钻机，并使用该定向钻机在两侧巷道分别以一定开孔角度向上部坚硬顶板的预设位置各钻第一口水平井，水平段均结束于距离工作面中轴线一定距离处，然后以相同的方法各钻第二口水平井，直至第n口水平井，各水平井的水平段均裸眼完井；

步骤三：在地面下巷道内的适当区域布置水平井分段压裂施工所需要的设备；

步骤四：对水平井的裸眼水平段进行分段压裂施工，使整个工作面的坚硬顶板布满裂缝，从而达到煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突的目的。

2.如权利要求1所述的煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突方法，其特征在于：所述工作面的长轴方向与所述坚硬顶板的最小主应力方向之间的夹角为β，0°≤β≤55°。

3.如权利要求2所述的煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突方法，其特征在于：所述工作面的长轴方向沿着所述坚硬顶板的最小主应力方向布置，即β＝0°。

4.如权利要求2所述的煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突方法，其特征在于：所述裸眼水平段与所述工作面的长轴方向之间的夹角为θ，0°≤θ≤10°。

5.如权利要求4所述的煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突方法，其特征在于：所述裸眼水平段沿着所述坚硬顶板的最小主应力方向布置，即θ＝0°。

6.如权利要求1所述的煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突方法，其特征在于：在煤矿一侧巷道对应工作面上布置水平井的数量应满足以下关系式

式中，n——水平井的数量，n取大于等于1的整数；

L——工作面的长度，m；

L'——相邻两口水平井沿巷道方向的间距，m。

7.如权利要求6所述的煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突方法，其特征在于：相邻两口水平井之间的距离应满足以下关系式

d＝2λ＝L'cosθ

式中，d——相邻两口水平井之间的距离，m；

λ——压裂施工的缝长，m；

L'——相邻两口水平井沿巷道方向的间距，m；

θ——裸眼水平段与工作面长轴方向的夹角，°。

8.如权利要求1所述的煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突方法，其特征在于：所述裸眼水平段位于坚硬顶板的预设位置，该预设位置的确定应满足以下关系式

式中，h₁——裸眼水平段与煤层顶面之间的距离，m；

h₂——煤层的厚度，m；

K——坚硬顶板的岩石堆积松散系数，系数范围为1.15-1.25；

根据坚硬顶板的岩性不同将h₁分成若干个小层，即h₁₁、h₁₂.......h_1n，每个小层垮塌后对应的岩石堆积松散系数为K₁、K₂........K_n。

9.如权利要求8所述的煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突方法，其特征在于：所述裸眼水平段的终点与工作面边缘的距离应满足以下关系式

式中，d'——裸眼水平段的终点与工作面边缘的距离，m；

λ——压裂施工的缝长，m；

θ——裸眼水平段与工作面长轴方向的夹角，°。

10.如权利要求9所述的煤矿坚硬顶板全工作面巷道内提前消突方法，其特征在于：所述压裂施工的缝长应满足以下关系式

式中，λ——压裂施工的缝长，m；

W——工作面的宽度，m；

θ——裸眼水平段与工作面长轴方向的夹角，°。