[发明专利]煤矿坚硬顶板全工作面地面提前消突方法

说明书

本发明涉及一种煤矿坚硬顶板全工作面地面提前消突方法，包括以下步骤：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；在煤矿某一工作面对应的地面上布置定向钻机，并使用该定向钻机向坚硬顶板的预设位置钻水平井，该水平井的水平段裸眼完井；在钻井井场布置水平井分段压裂施工所需要的设备；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地面提前消突的目的。该方法可在坚硬顶板的同一水平面上整体制造多条裂缝，破坏整个工作面顶板的结构，提前消突，整体效果显著。

技术领域

本发明属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤矿坚硬顶板全工作面地面提前消突方法。

背景技术

在煤矿开采中，若遇有坚硬顶板，则会造成岩体变形严重、超前矿压剧烈显现以及冲击地压等灾害。坚硬顶板在煤层采出后，当悬露面积较大时才突然垮落。20世纪80年代以前，我国一些煤矿通常采用刀柱采煤法管理坚硬顶板，每回采一定距离后，在采空区内留设一定面积的煤柱支承顶板。采用这种方法基本上可以保证工作面回采期间顶板不垮落，但是随着开采面积的不断扩大，所留煤柱的应力逐渐增大，终将被压碎破坏，当采空面积达到一定范围时，便会发生大面积垮落，从而造成剧烈的动力现象。

由于坚硬顶板难以自然垮落，如果不采取适当措施促使其垮落，则其初次垮落的步距会很大，一旦垮落，则冒落面积会很大，将形成巨大的风暴，对工作面威胁极大，因此需要采取适当措施使其垮落。面对这一严重灾害，国内外都在积极采取各种理论和技术措施来研究和解决这一难题，但是鉴于岩石力学学科本身的复杂性和生产地质条件的多样性，现有的研究理论、控制技术以及工程问题都有待进一步提高和改善。

目前，现有技术无法实现煤矿坚硬顶板在地面以上进行提前消突的目的，只能在地下进行消突，即在煤矿巷道内进行消突。在煤矿巷道内进行消突通常采取爆破控顶技术和巷道内定向水力压裂技术，但是这两种方法在实践中都存在很多缺陷。

爆破控顶技术存在如下缺陷：使用火工品量较大，运输作业过程存在安全隐患；使用后产生大量有毒、有害气体，严重威胁作业人员的生命安全，增加作业人员患职业病的几率；强制放顶产生的震动对工作面支架和地面产生破坏。

巷道内定向水力压裂技术虽然可以提前消突，但仍存在如下缺陷：在坚硬顶板的预定位置无效进尺长，需要在巷道内钻斜井；需要在巷道工作面的两侧密集布井，钻井成本高；压裂施工时，每次压裂前需增加定向切槽工序，导致施工周期延长；单井进尺短，无法解决工作面深部问题，也无法解决整个工作面的消突问题。

因此，急需开发一种新型的煤矿坚硬顶板全工作面地面提前消突方法，该方法可在巷道掘进之前进行，从而实现对煤矿坚硬顶板的全面超前预裂。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种煤矿坚硬顶板全工作面地面提前消突方法，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：在煤矿某一工作面对应的地面上布置定向钻机，并使用该定向钻机向坚硬顶板的预设位置钻水平井，该水平井的水平段裸眼完井；

步骤三：在钻井井场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地面提前消突的目的。

本发明的全工作面是指将整个煤矿开采的煤层划分成若干个小工作面，每个小工作面的尺寸通常为宽度300米左右、长度3000-5000米，通过本发明的方法使整个小工作面的坚硬顶板布满裂缝，即可解决煤矿坚硬顶板全工作面消突问题，对于其他小工作面可采用同样的方法处理。