[发明专利]基于孔眼支护的煤矿顶板卸压方法

说明书

本发明公开了一种基于孔眼支护的煤矿顶板卸压方法，按以下步骤进行：首先在煤层上方顶板钻孔施工形成卸压孔眼，然后向所述卸压孔眼内放入膨胀管柱并扩张该膨胀管柱以支护所述卸压孔眼的孔壁，再进行试压、射孔和压裂。本发明的有益效果是，利用膨胀管柱对卸压孔眼的孔壁进行支护，有效防止了孔壁坍塌，为后续射孔和压裂施工提供稳定的条件，从而允许钻长孔眼以进行大范围地顶板卸压，降低冲击地压危险性，提高后续开采的安全性。

技术领域

本发明属于煤矿开采施工技术领域，具体涉及一种基于孔眼支护的煤矿顶板卸压方法。

背景技术

冲击地压又称岩爆，是一种岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下突然猛烈释放，导致岩石急剧破坏的现象。在煤矿开采过程中，煤层上方厚而坚硬砂岩顶板是影响冲击地压发生的主要因素之一，对矿井、井下人员和设备具有重大威胁。采用超前导硐、宽巷掘进、爆破、钻孔、煤层注水或压裂等方式卸压，将顶板破断，降低顶板释放因应力集中而产生的能量，减少顶板由于采动影响和时间效应而产生的断裂对煤层和支架的冲击振动，可以有效地降低冲击地压危险性。

其中，水力压裂进行顶板卸压是近年来发展起来的新开采技术，将用于油气井的压裂技术移用到顶板卸压上来。其基本过程类似于油气井的压裂开采，即先钻孔眼到顶板层，然后放入射孔和压裂工具进行射孔压裂。不同点在于，由于孔眼小于一般的油气井，因而钻孔完成后无法进行混凝土固井，顶板应力随时间变化，孔眼壁易出现坍塌导致孔眼堵塞，射孔工具无法布置或射孔被迫中断，后续卸压施工无法继续。特别是在钻长孔眼后，由于极易出现部分位置的坍塌，现有技术下通常在钻眼完成后马上布置射孔工具，但孔眼内需要多次多位点射孔，该过程中孔眼坍塌的威胁始终存在。因此，需要一种能够预防孔眼坍塌的顶板卸压方法，以便于后续射孔和压裂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于孔眼支护的煤矿顶板卸压方法。

其技术方案如下：

一种基于孔眼支护的煤矿顶板卸压方法，其关键在于按以下步骤进行：

步骤一，钻孔眼，在煤层上方的顶板钻孔施工，形成卸压孔眼；

步骤二，孔眼支护，向所述卸压孔眼内放入膨胀管柱并扩张该膨胀管柱以支护所述卸压孔眼的孔壁；

步骤三，试压，确定所述膨胀管柱密封良好；

步骤四，射孔，放置射孔工具到预射孔位置进行射孔；

步骤五，压裂。

采用以上方法，在卸压孔眼内放入膨胀管柱并将其扩张对孔壁进行支护，有效防止了孔壁坍塌，为后续射孔和压裂施工提供稳定的条件，并且孔眼支护所采用的膨胀管工具和膨胀工艺均为现有技术，膨胀管柱原始直径较小便于放入卸压孔眼内，放入后扩张膨胀即对卸压孔眼形成稳定支护。

作为优选技术方案，上述步骤一中，从煤矿巷道内斜向上向所述顶板钻孔，并在所述顶板内沿水平方向继续延伸钻孔。

采用以上方法，形成的卸压孔眼大部分位于顶板的合适深度，便于后续压裂使顶板破坏。

作为优选技术方案，在竖直方向上，所述卸压孔眼的水平段位于所述顶板的中间。

采用以上设计，使得压裂裂缝在竖直方向尽可能贯穿顶板。

作为优选技术方案，上述卸压孔眼的设计深度大于300m。

采用以上设计，是因为卸压孔眼深度大则后续压裂范围大，在引入膨胀管支护操作后，卸压孔眼较稳定，允许钻出更深的卸压孔眼，减少压裂过程中的钻孔次数。

作为优选技术方案，上述步骤二中，先设置好膨胀系统；

所述膨胀系统包括膨胀管柱、膨胀锥和膨胀堵头；