[发明专利]一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法

权利要求书

1.一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、计算厚煤层切顶高度；通过切顶高度H_c与煤岩体平均碎胀系数K_a、煤层厚度M、采出率k、顶板下沉量D_r、底板鼓出量D_f之间的计算公式，确定切顶留巷的压裂层位(1)；

切顶高度计算公式为：H_c＝[kM-(D_r+D_f)]/(K_a-1)，煤岩体平均碎胀系数K_a根据煤岩体力学性质不同取值为1.2～1.5，采出率k煤层类型和设备情况不同取值为93％～97％，煤层厚度M、顶板下沉量D_f、底板鼓出量D_f取值通过现场实测获得；

S2、施工压裂钻孔(2)；确定压裂钻孔(2)的施工位置(3)，以倾角θ和长度L施工压裂钻孔(2)，压裂钻孔(2)被上覆岩层、基本顶分隔为常规压裂段(2.1)、定向压裂段(2.2)和非压裂段(2.3)；

S3、高压射流切割孔壁；依次连接射流喷嘴(7.1)、刚性管路(8.1)、固定支架(8.2)、柔性管路(8.3)、高压泵(16)和水箱(15)，形成高压射流切割系统；射流喷嘴(7.1)上设有流切割装置(7.2)，将射流喷嘴(7.1)推送至定向压裂段(2.2)，开启高压泵(16)并逐步后退射流切割装置(7.2)，形成沿压裂钻孔(2)轴向的定向人工弱面(7.3)；

S4、单孔多次水力压裂；将封孔器(9.1)连接水力压裂系统；将封孔器(9.1)推送至压裂钻孔(2)中注水封孔形成压裂段(9.2)，开启高压泵(16)分别在常规压裂段(2.1)和定向压裂段(2.2)压裂数次，在上覆岩层形成无规则水力裂缝(9.3)、在基本顶中形成沿人工弱面(7.3)起裂的定向水力裂缝面(9.4)；从压裂钻孔(2)深部至浅部逐步压裂，直至封孔器(9.1)退出到非压裂段(2.3)，结束单孔多次压裂工作；

S5、多组压裂钻孔(2)顺序压裂；沿巷道轴向布置多组压裂钻孔(2)，在每个压裂钻孔(2)内分别重复步骤S3、S4，每次在上覆岩层中压裂形成的无规则水力裂缝(9.3)相互贯穿形成复杂裂缝网(9.5)，在基本顶中压裂形成的定向水力裂缝面(9.4)相互合并形成连续定向裂缝面(9.6)；

S6、切顶留巷及辅助措施；工作面开采后，步骤S3、S4、S5形成的连续定向裂缝面(9.6)使基本顶的长悬顶板切落，变为短悬顶板(11.1)和垮落顶板(11.2)；形成的复杂裂缝网(9.5)使压裂层位(1)以下的岩层充分垮落形成密实矸石堆(12)；在巷道采空区侧设置单体支柱(13)和挡矸帷幕(14)，实现厚煤层切顶留巷。

2.如权利要求1所述的一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法，其特征在于，步骤S2中，基本顶下表面(4.1)与压裂钻孔(2)的交点为下表面交点(6.1)，基本顶上表面(4.2)与压裂钻孔(2)的交点为上表面交点(6.2)，下表面交点(6.1)、上表面交点(6.2)均位于留巷边界(5)以外。

3.如权利要求2所述的一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法，其特征在于，步骤S2所述的上表面交点(6.2)，与留巷边界(5)的水平距离x应小于或等于巷道宽度w的三分之二，所述的倾角θ通过压裂钻孔(2)在巷道内的施工位置(3)、基本顶层位以及水平距离x确定，所述的压裂钻孔(2)长度L等于施工位置(3)沿倾角θ延伸至压裂层位(1)的线段长度。

4.如权利要求1所述的一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法，其特征在于，步骤S4中，所述水力压裂系统包括依次与封孔器(9.1)连接的刚性管路(8.1)、固定支架(8.2)、柔性管路(8.3)、高压泵(16)以及水箱(15)。

5.如权利要求1所述的一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法，其特征在于，步骤S5所述的多组压裂钻孔(2)顺序压裂，应在完成单孔压裂后，在孔底通过堵塞物(10)封堵压裂钻孔(2)，避免煤岩层中的有害气体泄露妨碍正常生产。