高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911304788.4 (22)申请日 2019.12.17 (71)申请人 陕西煤业化工技术研究院有限责任 公司 地址 710077 陕西省西安市高新区锦业一 路2号陕西煤业化工集团公司 申请人 陕西彬长孟村矿业有限公司 (72)发明人 吴学明赵文革王联合原德胜 宋战宏陈晨张红卫吕大钊 廖敬龙何勇邹磊何涛 关欣杰 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 李晓晓 (51)Int.Cl. E21F 17/00(2006.01) E21B 7/。

2、04(2006.01) E21B 7/18(2006.01) E21B 21/00(2006.01) (54)发明名称 一种高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道 钻孔布置方法 (57)摘要 本发明公开了一种高压水力预裂解危冲击 矿压顺槽巷道钻孔布置方法， 具体为一种在了解 地质施工条件的基础上， 确定压裂的次数、 钻孔 布置及相关参数， 并进行钻孔布置的技术方法。 利用该方法， 通过在查看勘探地质资料， 了解工 作面顶板的结构和厚度的基础上， 确定压裂的次 数、 钻孔布置及相关参数， 并在煤层顶板坚硬厚 煤岩层合理布置钻孔的方法， 达到破坏煤层顶板 完整性， 使煤层顶板弱化， 提高高压水力压裂技 。

3、术封孔-压裂效果的目的。 最终解决煤炭开采过 程中遇到的一定范围的非均质煤岩体水力压裂 技术改造盲区过大的问题， 为进一步在冲击地压 防治工作中高压水力预裂提供有利技术支撑。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 110985123 A 2020.04.10 CN 110985123 A 1.一种高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤1、 第一阶段F钻孔布置： 在综放工作面回风巷副帮侧至正断层位置设计钻孔； 步骤1.1、 在第一阶段F钻孔布置位置进行钻孔切槽； 步骤1.2、 第一阶段F钻孔切槽后， 然后注入水， 采用静压水冲洗钻孔； 步骤1.。

4、3、 第一阶段F钻孔注水冲洗后， 采集开槽实时资料； 步骤2、 第二阶段F钻孔布置： 在综放工作面回风巷副帮侧正断层至工作面停采线范围 内布置钻孔； 步骤2.1、 在第二阶段F钻孔布置位置进行钻孔切槽； 步骤2.2、 第二阶段F钻孔切槽后， 然后注入水， 采用静压水冲洗钻孔； 步骤2.3、 第二阶段F钻孔注水冲洗后， 采集开槽实时资料； 步骤3、 第二阶段L、 H钻孔布置： 在综放工作面回风巷正帮构造区域， 即工作面回风巷正 帮侧自正断层开始至工作面停采线的范围内布置钻孔； 步骤3.1、 在第二阶段L、 H钻孔布置位置进行钻孔切槽； 步骤3.2、 第二阶段L、 H钻孔切槽后， 然后注入水， 采。

5、用静压水冲洗钻孔； 步骤3.3、 第二阶段L、 H钻孔注水冲洗后， 采集开槽实时资料。 2.根据权利要求1所述的一种高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法， 其 特征在于， 步骤1中第一阶段F钻孔设计如下： 按照方位角垂直副帮煤壁， 倾角45 设计钻孔， 钻孔孔深40m， 间距为10m。 3.根据权利要求1所述的一种高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法， 其 特征在于， 步骤2中第二阶段F钻孔设计如下： 按照副帮侧F钻孔方位角垂直副帮煤壁， 倾角 70 设计钻孔， 钻孔孔深45m， 间距10m。 4.根据权利要求1所述的一种高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法， 其 特征。

6、在于， 步骤3中在构造区域每组布置两个钻孔， 分别为一个第二阶段L钻孔和一个第二 阶段H钻孔， 每组钻孔之间间距为10m。 5.根据权利要求4所述的一种高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法， 其 特征在于， 所述第二阶段L钻孔设计如下： 按照方位角垂直正帮煤壁， 倾角15 ， 钻孔孔深 40m。 6.根据权利要求4所述的一种高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法， 其 特征在于， 所述第二阶段H钻孔设计如下： 方位角与巷道轴向夹角40 ， 倾角70 ， 钻孔孔深 45m。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110985123 A 2 一种高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方。

7、法 技术领域 0001 本发明属于采矿安全技术领域， 涉及冲击地压防治技术， 具体涉及一种高压水力 预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法。 背景技术 0002 冲击地压灾害是严重威胁我国矿山安全生产的煤岩动力灾害之一， 具有突发性 强、 过程短暂、 破坏力强等特点。 而利用高压水力预裂技术开展煤层的冲击地压防治工作是 当前防冲技术的一个热门方向。 其中高压水力压裂钻孔合理布置是水力压裂技术封孔-压 裂前的一项重要工序。 一方面能够弱化目的岩体强度， 释放目的岩体中聚集的弹性能， 消除 应力升高区， 使得钻孔周围一定范围内卸压； 一方面减小非均质煤岩体水力压裂技术一定 范围内的改造盲区， 增大有。

8、效压裂半径的影响范围， 使得水力压裂效果强增。 该方法的原理 是： 根据矿井施工地质条件， 了解工作面顶板的结构和厚度， 再由此来确定压裂的次数、 钻 孔参数， 并进行钻孔布置的技术方法。 0003 近年来， 某矿区首采区主采4#煤层埋深普遍超过矿区冲击地压临界深度， 该煤层 均厚19.95m， 实行分层开采。 煤层直接顶以砂质泥岩为主， 基本顶以粗砂岩、 细砂岩为主， 底 板以炭质泥岩、 铝质泥岩为主， 遇水易膨胀。 工作面回采时， 回顺和措施巷间的煤柱将承受 高集中应力， 尤其在断层和褶曲附近， 易发生冲击地压。 矿区的强矿压动力显现问题已严重 制约矿井正常生产， 威胁工人人身安全， 阻碍。

9、高产高效矿井建设。 0004 针对煤矿回采工作面坚硬顶板难垮落、 冲击矿压巷道顶板的卸压问题， 高压水力 压裂是此矿区较为常用的方法， 但封孔压裂前的钻孔布置方式直接影响钻孔卸压效果及水 力压裂改造效果。 因此， 急需一种合理的钻孔布置方法来释放煤岩体中聚集的弹性能， 消除 应力升高区， 弥补非均质煤岩体水力压裂技术改造中盲区过大的不足。 发明内容 0005 本发明的目的在于提供一种高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法， 以克服上述现有技术存在的缺陷， 本发明解决煤炭开采过程中遇到的一定范围的非均质煤 岩体水力压裂技术改造盲区过大的问题， 为进一步在冲击地压防治工作中高压水力预裂提 供。

10、有利技术支撑。 0006 为达到上述目的， 本发明采用如下技术方案： 0007 一种高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法， 包括以下步骤： 0008 步骤1、 第一阶段F钻孔布置： 在综放工作面回风巷副帮侧至正断层位置设计钻孔； 0009 步骤1.1、 在第一阶段F钻孔布置位置进行钻孔切槽； 0010 步骤1.2、 第一阶段F钻孔切槽后， 然后注入水， 采用静压水冲洗钻孔； 0011 步骤1.3、 第一阶段F钻孔注水冲洗后， 采集开槽实时资料； 0012 步骤2、 第二阶段F钻孔布置： 在综放工作面回风巷副帮侧正断层至工作面停采线 范围内布置钻孔； 说明书 1/5 页 3 CN 110。

11、985123 A 3 0013 步骤2.1、 在第二阶段F钻孔布置位置进行钻孔切槽； 0014 步骤2.2、 第二阶段F钻孔切槽后， 然后注入水， 采用静压水冲洗钻孔； 0015 步骤2.3、 第二阶段F钻孔注水冲洗后， 采集开槽实时资料； 0016 步骤3、 第二阶段L、 H钻孔布置： 在综放工作面回风巷正帮构造区域， 即工作面回风 巷正帮侧自正断层开始至工作面停采线的范围内布置钻孔； 0017 步骤3.1、 在第二阶段L、 H钻孔布置位置进行钻孔切槽； 0018 步骤3.2、 第二阶段L、 H钻孔切槽后， 然后注入水， 采用静压水冲洗钻孔； 0019 步骤3.3、 第二阶段L、 H钻孔注水。

12、冲洗后， 采集开槽实时资料。 0020 进一步地， 步骤1中第一阶段F钻孔设计如下： 按照方位角垂直副帮煤壁， 倾角45 设计钻孔， 钻孔孔深40m， 间距为10m。 0021 进一步地， 步骤2中第二阶段F钻孔设计如下： 按照副帮侧F钻孔方位角垂直副帮煤 壁， 倾角70 设计钻孔， 钻孔孔深45m， 间距10m。 0022 进一步地， 步骤3中在构造区域每组布置两个钻孔， 分别为一个第二阶段L钻孔和 一个第二阶段H钻孔， 每组钻孔之间间距为10m。 0023 进一步地， 所述第二阶段L钻孔设计如下： 按照方位角垂直正帮煤壁， 倾角15 ， 钻 孔孔深40m。 0024 进一步地， 所述第二阶。

13、段H钻孔设计如下： 方位角与巷道轴向夹角40 ， 倾角70 ， 钻 孔孔深45m。 0025 与现有技术相比， 本发明具有以下有益的技术效果： 0026 1、 本发明是一种高效的冲击地压矿井煤层顶板卸压， 提高水力压裂效果的方法。 该方法在了解地质施工条件的基础上， 确定了压裂次数、 设计钻孔参数， 并进行钻孔布置， 达到了破坏坚硬顶板岩石的完整性， 削弱顶板结构及自身强度， 增大有效压裂半径、 改善压 裂盲区过大的目的。 该方法所需仪器设备结构简单， 操作安全、 高效、 绿色， 为提高压裂效果 及冲击地压矿井防冲工作提供了科学支撑。 0027 2、 本发明操作方法遵从煤矿井底冲击地压防治工作。

14、的根本性目的， 是一种安全、 高效、 绿色环保的工艺技术。 0028 3、 本发明中设计的钻孔布置方法设计合理， 尽可能的不影响井下生产工作。 0029 4、 作为反复验证后的工艺， 该技术实施简单， 适用于多数矿井煤层顶板卸压、 改善 高压水力压裂效果等冲击矿压防治工作。 0030 5、 本发明在实验室进行科学压裂效果评估和预测， 并在多个冲击地压矿井得到成 功应用， 有力验证该法在高压水力预裂效果改善及冲击地方防治方面的合理性、 高效性及 稳定性。 附图说明 0031 图1为第一阶段F钻孔示意图； 0032 图2为第二阶段F钻孔示意图； 0033 图3为第一、 二阶段F钻孔布置示意图； 0。

15、034 图4为第二阶段L、 H钻孔示意图； 0035 图5为第二阶段L、 H钻孔布置示意图； 说明书 2/5 页 4 CN 110985123 A 4 0036 图6为第一、 二阶段F、 L、 H钻孔布置示意图； 第一阶段F钻孔倾角 45 ； 第二阶段F 钻孔倾角 70 ； 第二阶段L钻孔倾角 15 ； 第二阶段H钻孔倾角70 ； 0037 图7为第一、 二阶段F、 L、 H钻孔开槽示意图； 0038 图8为第一、 二阶段F、 L、 H钻孔静压水冲洗示意图； 0039 图9为第一、 二阶段F、 L、 H钻孔窥视示意图。 具体实施方式 0040 下面对本发明作进一步详细描述： 0041 一种高压。

16、水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法， 包括以下步骤： 0042 步骤1、 第一阶段F钻孔布置： 在工作面回风巷副帮侧至正断层位置设计钻孔； 第一 阶段F钻孔设计如下： 按照方位角垂直副帮煤壁， 倾角45 设计钻孔， 钻孔孔深40m， 间距为 10m； 0043 步骤1.1、 在第一阶段F钻孔布置位置进行钻孔切槽； 0044 步骤1.2、 第一阶段F钻孔切槽后， 然后注入水， 采用静压水冲洗钻孔； 0045 步骤1.3、 第一阶段F钻孔注水冲洗后， 对钻孔切槽实时观察开槽效果； 0046 步骤2、 第二阶段F钻孔布置： 在工作面回风巷副帮侧正断层至工作面停采线范围 内布置钻孔； 第二阶段F。

17、钻孔设计如下： 按照副帮侧F钻孔方位角垂直副帮煤壁， 倾角70 设 计钻孔， 钻孔孔深45m， 间距10m； 0047 步骤2.1、 在第二阶段F钻孔布置位置进行钻孔切槽； 0048 步骤2.2、 第二阶段F钻孔切槽后， 然后注入水， 采用静压水冲洗钻孔； 0049 步骤2.3、 第二阶段F钻孔注水冲洗后， 对钻孔切槽实时观察开槽效果； 0050 步骤3、 第二阶段L、 H钻孔布置： 在工作面回风巷正帮构造区域， 即工作面回风巷正 帮侧自正断层开始至工作面停采线的范围内布置钻孔； 在构造区域每组布置两个钻孔， 分 别为一个第二阶段L钻孔和一个第二阶段H钻孔， 每组钻孔之间间距为10m； 所述第。

18、二阶段L 钻孔设计如下： 方位角垂直正帮煤壁， 倾角15 ， 钻孔孔深40m； 所述第二阶段H钻孔设计如 下： 方位角与巷道轴向夹角40 ， 倾角70 ， 钻孔孔深45m。 0051 步骤3.1、 在第二阶段L、 H钻孔布置位置进行钻孔切槽； 0052 步骤3.2、 第二阶段L、 H钻孔切槽后， 然后注入水， 采用静压水冲洗钻孔； 0053 步骤3.3、 第二阶段L、 H钻孔注水冲洗后， 对钻孔切槽实时观察开槽效果。 0054 下面结合附图1至图9对本发明的具体实施步骤作进一步说明： 0055 本发明方法是在了解地质施工条件的基础上， 确定压裂次数、 钻孔参数， 并在煤层 顶板坚硬厚煤层进行钻。

19、孔合理布置， 达到破坏坚硬顶板岩石的完整性， 削弱顶板结构及自 身强度， 改善后序高压水力预裂压裂盲区过大的目的， 以便保障回采巷道安全， 遏制矿井动 力现象及灾害事故的发生， 提高高质量矿井建设水平。 该方法实施过程中主要采用： MQT130 气动锚杆钻机、 CP3Q-GM矿用本安型高清晰孔内电视， 静压水进水管路、 矿井水。 该技术主要 作业过程包括： 第一阶段F钻孔布置-主要确定钻孔参数， 进行钻孔布置、 钻孔并切槽、 静压 水洗钻孔、 打钻效果窥视等； 第二阶段F钻孔布置-主要确定钻孔参数， 进行钻孔布置、 钻孔 并切槽、 静压水洗钻孔、 打钻效果窥视等； 第二阶段L、 H钻孔布置-主。

20、要确定钻孔参数， 进行 钻孔布置、 钻孔并切槽、 静压水洗钻孔、 打钻效果窥视等主要工序。 例如： 某矿为典型的冲击 说明书 3/5 页 5 CN 110985123 A 5 矿压矿井。 该煤矿工作面煤层埋深586800m， 煤层厚度16.023.9m， 平均煤厚19m。 401101 工作面为矿井401采区布置的首个综放工作面， 工作面可采走向长度2090m。 该工作面范围 内煤层顶板为以砂质泥岩、 细粒砂岩、 粗砂岩为主的复合型顶板， 底板以遇水易膨胀的铝质 泥岩为主。 该工作面附近构造发育有B2背斜、 DF29断层、 X1向斜及DF28断层构造， 且贯穿该 工作面。 工作面回采时， 回顺。

21、和措施巷间的煤柱将承受极高的集中应力， 尤其在断层和褶曲 附近， 易发生冲击地压。 高压水力预裂技术是用于煤矿坚硬难垮顶板控制及冲击地压防治 的方法。 虽然该项技术在矿井冲击地压防治中有着不错效果， 但由于封孔压裂前需进行钻 孔布置、 打钻等一系列重要工作。 尤其在煤层及顶板非均质条件下， 钻孔的布置方法影响着 水力压裂改造盲区等高压水力预裂技术最终的防冲解危效果。 0056 本发明设计了一种高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法， 是在查看 勘探地质资料， 了解煤层工作面及顶板的结构和厚度等地质施工条件的基础上， 确定压裂 次数， 设计钻孔参数， 进行钻孔布置的方法， 达到破坏坚硬顶板。

22、岩石的完整性， 削弱顶板结 构及自身强度， 增加有效压裂半径， 改善高压水力压裂盲区大的目的。 本发明作为绿色、 经 济、 安全、 环保的方法， 弥补了高压水力压裂效果不明显的不足。 0057 本发明具体包括以下步骤： 0058 第一阶段F钻孔布置： 在401101工作面回风巷副帮侧1075m位置开始至DF29正断层 位置(1822.5m)设计钻孔。 0059 钻孔设计： 按照方位角垂直副帮煤壁， 倾角45 设计钻孔， 钻孔孔深40m， 间距为 10m， 共布置58个F钻孔(F1-F58)。 0060 一、 第一阶段F钻孔钻孔切槽。 首先检查MQT130气动锚杆钻机、 钻杆、 切槽钻头， 以 。

23、及各管路、 闸阀等的连接问题， 并在F钻孔布置位置进行钻孔切槽。 0061 二、 第一阶段F钻孔钻孔切槽后， 然后注入水， 采用静压水冲洗钻孔。 0062 三、 第一阶段F钻孔注水冲洗后， 采用CP3Q-GM矿用本安型高清晰孔内电视进行钻 孔切槽实时观察开槽效果。 0063 严格按照连接要求将上述一、 二、 三项中设备、 杆件、 管路进行连接， 并保证连接处 密封完好。 0064 第二阶段F钻孔布置： 根据第一阶段的高压水预裂施工情况及效果分析， 第二阶段 的高压水预裂钻孔布置进行优化。 第二阶段F钻孔在401101工作面回风巷副帮侧DF29正断 层西侧150m， 即从工作面1666m处(副帮。

24、侧F59号钻孔)开始， 至工作面停采线(2072m)东侧 150m， 共556m范围内布置钻孔。 0065 钻孔设计： 按照副帮侧F钻孔方位角垂直副帮煤壁， 倾角70 设计钻孔； 钻孔孔深 45m， 间距10m， 预计布置55个F钻孔(F59-F113)， 工程量2475m。 0066 一、 第二阶段F钻孔钻孔切槽。 首先检查MQT130气动锚杆钻机、 钻杆、 切槽钻头， 以 及各管路、 闸阀等的连接问题， 并在F孔布置位置进行钻孔切槽。 0067 二、 第二阶段F钻孔钻孔切槽后， 然后注入水， 采用静压水冲洗钻孔。 0068 三、 第二阶段F钻孔注水冲洗后， 采用CP3Q-GM矿用本安型高清。

25、晰孔内电视进行钻 孔切槽实时观察开槽效果。 0069 严格按照连接要求将上述一、 二、 三项中设备、 杆件、 管路进行连接， 并保证连接处 密封完好。 说明书 4/5 页 6 CN 110985123 A 6 0070 第二阶段L、 H钻孔布置： 第二阶段L、 H钻孔布置在401101工作面回风巷正帮构造区 域(DF29断层至停采线)。 具体为正帮侧钻孔自DF29断层西侧150m(1666m处)开始至工作面 停采线(2072m处， 位于DF29断层与X1塬口子向斜之间)东侧150m处， 共556m范围内布置钻 孔。 0071 钻孔设计： 在构造区域每组布置两个钻孔， 每组钻孔之间间距为10m。。

26、 预计共布置 55组110个钻孔(L1-L55、 H1-H55)， 工程量4675m。 0072 钻孔L： 方位角垂直正帮煤壁， 倾角15 ， 钻孔孔深40m。 0073 钻孔H： 方位角与巷道轴向夹角40 ， 倾角70 ， 钻孔孔深45m。 0074 一、 第二阶段L、 H钻孔布置阶段。 首先检查MQT130气动锚杆钻机、 钻杆、 切槽钻头， 以及各管路、 闸阀等的连接问题， 并在L、 H钻孔布置位置进行钻孔切槽。 0075 二、 第二阶段L、 H钻孔钻孔切槽后， 然后注入水， 采用静压水冲洗钻孔。 0076 三、 第二阶段L、 H钻孔注水冲洗后， 采用CP3Q-GM矿用本安型高清晰孔内电视。

27、进行 钻孔切槽实时观察开槽效果。 0077 严格按照连接要求将上述一、 二、 三项中设备、 杆件、 管路进行连接， 并保证连接处 密封完好。 0078 所述高压水力预裂解危冲击矿压顺槽巷道钻孔布置方法是一种高效的冲击地压 矿井煤层顶板卸压， 提高水力压裂效果的方法。 该方法在了解地质施工条件的基础上， 确定 了压裂次数、 设计钻孔参数， 并进行钻孔布置， 达到了破坏坚硬顶板岩石的完整性， 削弱顶 板结构及自身强度， 增大有效压裂半径、 改善压裂盲区过大的目的。 该方法所需仪器设备结 构简单， 操作安全、 高效、 绿色， 为提高压裂效果及冲击地压矿井防冲工作提供了科学支撑。 所述系统的设计与操作。

28、方法遵从煤矿井底冲击地压防治工作的根本性目的， 是一种安全、 高效、 绿色环保的工艺技术。 该发明中设计的钻孔布置方法设计合理， 尽可能的不影响井下 生产工作。 作为反复验证后的工艺， 该技术实施简单， 适用于多数矿井煤层顶板卸压、 改善 高压水力压裂效果等冲击矿压防治工作。 本发明在实验室进行科学压裂效果评估和预测， 并在多个冲击地压矿井得到成功应用， 有力验证该法在高压水力预裂效果改善及冲击地方 防治方面的合理性、 高效性及稳定性。 0079 以上所述， 仅是本发明取样效果较佳的实施例， 并非对本发明作任何限制， 凡是根 据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 变更以及等效结构变化， 均仍属于 本发明技术方案的保护范围内。 说明书 5/5 页 7 CN 110985123 A 7 图1 图2 说明书附图 1/4 页 8 CN 110985123 A 8 图3 图4 图5 说明书附图 2/4 页 9 CN 110985123 A 9 图6 图7 图8 说明书附图 3/4 页 10 CN 110985123 A 10 图9 说明书附图 4/4 页 11 CN 110985123 A 11 。