高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法及设备技术

本发明专利技术提出一种高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法及设备，该方法通过设计顶板岩层水力压裂钻孔布置方案，将钻孔布置在了常规水力压裂孔无法覆盖到的高位远场坚硬厚顶板岩层中，有效的对工作面中部上覆高位坚硬厚顶板岩层进行弱化处理，避免钻机来回搬家、避免钻机长期占用行人行车巷道断面、减少了通风阻力；区别于常规的水力压裂钻孔布置方式及起裂方式以实现远场厚硬岩层区域卸压防治冲击地压方法，在退杆过程中通过水射流预制裂缝，减少致密硬岩层的起裂压力。减少致密硬岩层的起裂压力。减少致密硬岩层的起裂压力。

【技术实现步骤摘要】
高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法及设备


[0001]本专利技术涉及冲击地压防治
，尤其涉及一种高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]冲击地压是煤矿最严重的动力灾害之一。随着能源需求加大，采深越来越大，冲击地压威胁越来越严重。部分浅埋煤层回采时，若其上覆顶板中含有厚硬岩层，也容易发生强动压灾害或冲击地压。当前冲击地压的防治手段有很多，如顶板爆破卸压、顶板水力压裂卸压，煤层大直径钻孔卸压等。
[0003]当前防治冲击地压的顶板水力压裂卸压手段主要是采用架柱式钻机或者普通履带式钻机在巷道中向煤层上方顶板内施工一定间距和深度的钻孔，如附图1所示。这种施工方式有四大缺点：第一个缺点是普通履带式钻机或者架柱式钻机需要在巷道内频繁移动，耗费人力，同时长期占据部分巷道断面，对人员和车辆的通行产生了一定干扰和影响，且增大了通风阻力；第二个缺点是，普通履带式钻机施工的顶板孔只能覆盖巷道两侧有限区域，当工作面长度较长或采场面积较大时候，采场中部绝大部分区域覆盖不到，远场坚硬厚岩层不能得到有效处理，这极大的限制了水力压裂卸压防治冲击地压效果；第三个缺点是，常规的履带式钻机或者架柱式没有定向测量系统，当钻孔深度较大时，钻孔轨迹很容易跑偏，达不到预先设计的层位；第四个缺点是，常规的水力压裂没有预先射流切缝，这导致坚硬致密岩层压裂时需要较大起裂压力，提高了对泵站压力的要求，且常规水力压裂泵站流量较小，制约了卸压效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质，旨在有效的对工作面中部上覆高位坚硬厚顶板岩层进行弱化处理，同时通过水射流预制裂缝，减少致密硬岩层的起裂压力。
[0005]为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法，包括：
[0006]依据实际岩层地质条件，设计平行于巷道的顶板岩层水力压裂钻孔布置方案，确定顶板水力压裂钻孔参数；
[0007]在顶板岩层水力压裂钻孔布置方案中确定的钻场布置千米定向钻机，并做钻孔准备；其中，设定钻场是将钻机钻孔位置设置于工作面回撤通道内、煤体硐室内或临近巷道内；
[0008]按照顶板岩层水力压裂钻孔布置方案和顶板水力压裂钻孔参数调整千米定向钻机进行钻孔；钻孔完毕后，在钻杆内放置钢球，通过向钻杆内注水形成水刀，在孔壁上切割出水射流预制裂缝，组装水力压裂工具串，下放至水射流预制裂缝位置逐段进行压裂。
[0009]其中，顶板水力压裂钻孔参数至少包括钻孔孔径、孔间距、卸压范围、钻孔数量、钻
孔角度；且顶板岩层水力压裂钻孔布置方案设计时，避开巷道围岩支护区。
[0010]其中，在孔壁上切割出水射流预制裂缝的步骤中，包括：
[0011]冲洗钻孔，通过拆卸钻杆将钻头退至设计预制裂缝位置，将与专用水射流切缝钻头前端冲渣排水孔相匹配的钢球放置在钻杆内；
[0012]钻杆连接水变，水变另一端经高压胶管与大流量高压泵相连，开启水泵后，水流驱使钢球堵塞钻头前端冲渣排水孔，从钻头侧壁两细小孔眼射出形成水刀；
[0013]在旋转马达和钻头转动的双重驱动下，在孔壁上切割出环形裂缝，达到设计射流时间后，停水撤钻杆；
[0014]重复上述工序，直至钻孔内水射流预制裂缝工作全部完成。
[0015]其中，钻孔的步骤包括：
[0016]准备阶段：制定定向钻孔布置方案并准备配套机具，按照制定的定向钻孔布置方案安装钻孔设备并进行测试；
[0017]钻孔阶段：安装螺杆马达，进行定向钻进；
[0018]调整阶段：实时测量钻孔深度及钻孔角度，判断是否偏离设计轨迹，若判定发生偏离，则调整螺杆马达的外弯管弯角及工具面向角；调整完成后继续执行钻孔操作至终孔。
[0019]其中，在执行钻孔的步骤中，利用定向测量，使千米定向钻机施工的顶板水力压裂钻孔达到设计层位，并覆盖整个工作面采场。
[0020]其中，在执行钻孔的步骤中，钻孔变平段位于拟弱化处理的目标岩层中。
[0021]其中，钻孔准备的步骤包括：
[0022]根据顶板岩层水力压裂钻孔布置方案和现场实际情况确定好开孔位置；
[0023]给千米定向钻机连接供电、供水管路；挖设水仓和排水沟，调整钻机位置，打地锚固定好钻机。
[0024]本专利技术的第二个目的在于提出一种高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压装置，包括：
[0025]方案设计模块，用于依据实际岩层地质条件，设计平行于巷道的顶板岩层水力压裂钻孔布置方案，确定顶板水力压裂钻孔参数；
[0026]钻孔准备模块，用于在顶板岩层水力压裂钻孔布置方案中确定的钻场布置千米定向钻机，并做钻孔准备；其中，设定钻场是将钻机钻孔位置设置于工作面回撤通道内、煤体硐室内或临近巷道内；
[0027]钻孔压裂模块，用于按照顶板岩层水力压裂钻孔布置方案和顶板水力压裂钻孔参数调整千米定向钻机进行钻孔；钻孔完毕后，在钻杆内放置钢球，通过向钻杆内注水形成水刀，在孔壁上切割出水射流预制裂缝，组装水力压裂工具串，下放至水射流预制裂缝位置逐段进行压裂。
[0028]本专利技术的第三个目的在于提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现如前述技术方案的方法。
[0029]本专利技术的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述技术方案的方法。
[0030]区别于现有技术，本专利技术提供的高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方
法，通过设计顶板岩层水力压裂钻孔布置方案，将钻孔布置在了常规水力压裂孔无法覆盖到的高位远场坚硬厚顶板岩层中，有效的对工作面中部上覆高位坚硬厚顶板岩层进行弱化处理，避免钻机来回搬家、避免钻机长期占用行人行车巷道断面、减少了通风阻力；区别于常规的水力压裂钻孔布置方式及起裂方式以实现远场厚硬岩层区域卸压防治冲击地压方法，在退杆过程中通过水射流预制裂缝，减少致密硬岩层的起裂压力。
附图说明
[0031]本专利技术的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0032]图1是现有技术中常规的水力压裂钻孔布置方式示意图。
[0033]图2是本专利技术提供的一种高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法的流程示意图。
[0034]图3是本专利技术提供的一种高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法中顶板水力压裂钻孔布置方式示意图。
[0035]图4是本专利技术提供的一种高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法中千米定向钻机钻进的流程示意图。
[0036]图5是本专利技术提供的一种高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法中专用水射流切缝钻头的结构示意图。
[0037]图6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法，其特征在于，包括：依据实际岩层地质条件，设计平行于巷道的顶板岩层水力压裂钻孔布置方案，确定顶板水力压裂钻孔参数；在顶板岩层水力压裂钻孔布置方案中确定的钻场布置千米定向钻机，并做钻孔准备；其中，所述设定钻场是将钻机钻孔位置设置于工作面回撤通道内、煤体硐室内或临近巷道内；按照所述顶板岩层水力压裂钻孔布置方案和顶板水力压裂钻孔参数调整所述千米定向钻机进行钻孔；钻孔完毕后，在钻杆内放置钢球，通过向钻杆内注水形成水刀，在孔壁上切割出水射流预制裂缝，组装水力压裂工具串，下放至所述水射流预制裂缝位置逐段进行压裂。2.根据权利要求1所述的高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法，其特征在于，所述顶板水力压裂钻孔参数至少包括钻孔孔径、孔间距、卸压范围、钻孔数量、钻孔角度；且顶板岩层水力压裂钻孔布置方案设计时，避开巷道围岩支护区。3.根据权利要求1所述的高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法，其特征在于，在孔壁上切割出水射流预制裂缝的步骤中，包括：冲洗钻孔，通过拆卸钻杆将钻头退至设计预制裂缝位置，将与专用水射流切缝钻头前端冲渣排水孔相匹配的钢球放置在钻杆内；所述钻杆连接水变，水变另一端经高压胶管与大流量高压泵相连，开启水泵后，水流驱使所述钢球堵塞钻头前端冲渣排水孔，从钻头侧壁两细小孔眼射出形成水刀；在旋转马达和钻头转动的双重驱动下，在孔壁上切割出环形裂缝，达到设计射流时间后，停水撤钻杆；重复上述工序，直至钻孔内水射流预制裂缝工作全部完成。4.根据权利要求1所述的高位岩层射流联合压裂区域卸压防治冲击地压方法，其特征在于，钻孔的步骤包括：准备阶段：制定定向钻孔方案并准备配套机具，按照制定的定向钻孔方案安装钻孔设备并进行测试；钻孔阶段：安装螺杆马达，进行定向钻进；调整阶段：实时测量钻孔深度及钻孔角度，判断是否偏离设计轨迹，若判定发生偏离，则调整螺杆马达的外弯管弯角及工...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞立宁，张震，潘俊锋，黄志增，薛吉胜，高晓进，王传朋，刘前进，于健浩，李正杰，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：