[发明专利]一种巷道顶板致裂防突的方法

说明书

本发明公开了一种巷道顶板致裂防突的方法，适用于深部高瓦斯、低渗透煤层巷道的防突。本发明通过在地面打水平井，并将井眼轨迹控制在距预留煤柱煤层顶界一定范围内的顶板中，其方向与巷道掘进方向一致，并与排采直井对接；采用射孔技术，在水平井水平段分段定点向下射孔，射孔不勾通预留煤柱煤层；然后以超临界CO₂作为压裂液，以预留煤柱煤层顶板碎粒作为支撑剂，采用大排量对预留煤柱煤层进行跨界面分段压裂，并使裂缝在垂直水平井水平段方向左右两侧各扩展20~30m，在一次性实现待掘运输平巷和待掘回风平巷高效致裂防突的同时，还可大幅提高巷道掘进速度，避免传统水力压裂的缺陷，并促进煤层气的增产，一举多效。

技术领域

本发明涉及一种巷道顶板致裂防突的方法，尤其适用于深部高瓦斯、低渗透煤层巷道的防突，属于煤矿安全和瓦斯抽采领域。

背景技术

目前关于煤层巷道的防突方法主要以打瓦斯抽放孔、布置瓦斯抽采巷、水力冲孔及水力割缝等为主，但这些方法通常存在巷道掘进速度慢、作业难度大、运行成本高等问题。

煤层气开采领域通过在地面布置直井，在开采煤层气的同时，能够对巷道和工作面进行卸压防突，但该方法存在所需井数多、单井产气量低、占用土地多等缺点，势必导致防突效果差。

在煤层中布置水平井开采煤层气要求煤质较硬，虽能一定程度上提高煤层气抽采效率，进而使得瓦斯含量降低，取得一定防突效果，但是因为水平井筒布置在煤层中，对后续巷道的掘进干扰较大，同时压裂规模普遍较小，而且压裂液选用活性水，存在返排难、污染地层和地下水、耗费水资源等问题。

中煤科工集团西安研究院的“一种煤层气分段压裂水平井强化抽采方法”（CN103967472 A）为解决构造软煤水平井布置易出现卡钻、塌孔等问题，提出将水平井布置在距煤层顶界0.5~1.5m之间的顶板中，射孔勾通煤层，这种方法为构造软煤煤层气抽采和巷道防突提供了指导，但因其射孔深至煤层，未能利用顶板脆性断裂释放的能量，造成额外的压裂液消耗，同时因为选用活性水作为压裂液，除了存在返排难、易污染地层和地下水等缺陷外，活性水与构造软煤作用可能导致煤体结构软化，加之作为支撑剂的石英砂强度远高于构造软煤，极易导致其在高地应力、高注水压力作用下嵌入煤体，从而导致压裂裂缝较窄，甚至堵塞，最终可能导致煤层气抽采和防突效果与预期有一定差距。

发明内容

本发明旨在提供一种巷道顶板致裂防突的方法，能够充分利用顶板脆性断裂释放能、环境污染小、可大幅提高待掘运输平巷和待掘回风平巷掘进速度。

本发明提供了一种巷道顶板致裂防突的方法，包括以下步骤：

a. 在预留煤柱正上方从地面打排采直井，并对其在水平井预设层位造穴；

b. 在预留煤柱正上方打地面水平井，保证其水平段井眼轨迹位于顶板中，且距离煤层顶界1.5~2.0m，并使水平井和排采直井在造穴处对接连通，然后在水平井水平段末端布置封隔桥塞；

c. 采用射孔技术，按照16孔/m、线形竖直向下对水平井水平段进行射孔，射孔深度位于煤层顶界之上，该孔即不勾通预留煤柱煤层；

d. 以超临界CO₂为压裂介质，以顶板碎粒为支撑剂对水平段进行分段压裂；

e. 裂缝在垂直水平井水平段左右两侧各扩展20~30m后，停泵并关闭水平井，利用超临界CO₂迅速气化形成的压降，将瓦斯经排采直井抽出，实现待掘运输平巷和待掘回风平巷的顶板致裂防突。

所述的排采直井深至预留煤柱煤层下方50~60m。

所述的水平井布置方向与巷道掘进方向一致，水平井水平段长度为600~1000m，其井眼轨迹位于距预留煤柱煤层顶界正上方1.5~2m的顶板中。