專利名稱：一種水力割縫定向致裂方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水力致裂弱化技術領域，尤其是涉及一種基于預先水力割縫的定向水
力致裂方法。
背景技術：
水力致裂技術最早應用在石油工程來提高貧油井的產(chǎn)量，目前被廣泛應用于現(xiàn)代石油工業(yè)、地熱資源開發(fā)、核廢料儲存等領域，顯示出廣泛的工業(yè)應用價值。借助于水力致裂基本概念，研究開發(fā)堅硬頂板水力致裂弱化技術作為解決煤礦開采堅硬頂板控制的關鍵技術之一。然而單純采用水力致裂的方法需要注入很大的水壓，水壓過大，在安全上難以保障，不易控制孔內(nèi)裂隙的擴展方向，而且很難對堅硬頂板的定向處理。由于煤巖體水壓致裂裂縫的擴展方向受鉆孔周圍的應力場影響，因此在實際工程中需要致裂裂縫須按一定的方向擴展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有技術中存在的問題，提供一種方法簡單，操作方便，安全
可靠，能有效解決控制煤巖體水力致裂裂縫擴展方向的水力割縫定向致裂方法。 本發(fā)明的水力割縫定向致裂方法 a、用鉆機通過鉆桿和割縫鉆頭向預開采的煤巖體打鉆孔至設定位置；
b、通過鉆桿向割縫鉆頭輸入高壓水； c、在輸入高壓水的同時，鉆桿原地轉(zhuǎn)動后，快速退后，再原地轉(zhuǎn)動，再快速退后，重
復轉(zhuǎn)動和退后，直至設定位置，退出鉆桿，使煤巖體圍繞鉆孔產(chǎn)生多個徑向裂縫； 或在輸入高壓水的同時，慢慢地向外退鉆桿，直至設定位置，使煤巖體由內(nèi)向外沿
鉆桿方向產(chǎn)生一個軸向裂縫帶，停止輸入高壓水，再將鉆桿伸入孔內(nèi)轉(zhuǎn)一個角度，再輸入高
壓水，同時向外退鉆桿，使煤巖體由內(nèi)向外沿鉆桿方向再產(chǎn)生一個軸向裂縫帶，如此重復多
次，可產(chǎn)生多個軸向裂縫帶； d、退出鉆桿，用封孔器封孔，繼續(xù)注入高壓水，使裂縫在水壓的作用下進一步擴展。
當打鉆孔卡鉆時，換小直徑鉆桿繼續(xù)打鉆至設定位置。 有益效果本發(fā)明可有效控制水力致裂裂縫的擴展方向，有利于堅硬頂板的定向處理、堅硬頂煤的豎直方向破裂、應力的定向轉(zhuǎn)移，可改善水力致裂處理堅硬頂煤、防治沖擊礦壓、防治煤與瓦斯突出，提高瓦斯抽采的效果，其方法簡單，施工方便，易操作，安全可靠，具有廣泛的實用性。
圖1是本發(fā)明的實施例一示意圖。
圖2是本發(fā)明的實施例二示意圖。
圖1、2中l(wèi)-煤巖體，2-高壓注水器，3-高壓注水管，4-鉆桿，5-鉆孔，6-割縫鉆頭，7-裂縫，8_裂縫帶。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步描述 實施例一、圖1所示，某礦煤巖體1的平均厚度約為10m，硬度為f = 3，煤巖體1傾角為6。，采用放頂煤采煤，采放比l : 2。采煤時預先在回風巷道內(nèi)，采用鉆機向煤體頂板打鉆孔5，孔徑為80mm。當打鉆孔5卡鉆時，換孔徑小于80mm的小直徑鉆桿繼續(xù)打鉆至設定位置。采用高壓注水器2并通過高壓水管3向割縫鉆頭6內(nèi)輸入高壓水，在輸入高壓水的同時，鉆桿4原地轉(zhuǎn)動1 5分鐘后，快速退后約2m再原地轉(zhuǎn)動1 5分鐘，再快速退后約lm，重復轉(zhuǎn)動和退后，直至設定位置，退出鉆桿4，使煤巖體1圍繞鉆孔產(chǎn)生多個徑向裂縫7，即在一個鉆孔中可以水力割出多個圓形割縫面；然后用封孔器封住鉆孔孔口，繼續(xù)注入高壓水約0. 5小時，進行已割裂縫7條件下的水力致裂，利用圓形水力割縫面對水壓裂縫的擴展進行導向。沿水力割縫面擴展的水壓裂縫與鉆孔的軸向垂直，根據(jù)工程中水壓裂縫需要的角度，確定水力致裂鉆孔的方向，在煤巖體1上，根據(jù)現(xiàn)場實際情況的需要，確定水力致裂鉆孔的方向，間隔實施多個水力割縫定向致裂的孔，達到按煤礦井下工作面實際要求弱化頂煤的效果，能夠順利安全高效的放出頂煤。 實施例二、圖2所示，某礦煤巖體1的平均厚度約為9m，硬度為f = 2，煤巖體1的傾角為4。。采用放頂煤采煤，采放比l : 2。采煤時預先在回風巷道內(nèi)，采用鉆機通過鉆桿4和割縫鉆頭6向頂板打鉆孔5，孔徑為80mm。當打鉆孔5卡鉆時，換孔徑小于80mm的小直徑鉆桿繼續(xù)打鉆至設定位置。采用高壓注水器2并通過高壓水管3向割縫鉆頭6內(nèi)輸入高壓水，高壓水射流對上覆煤巖體1切割，慢慢向外抽鉆桿4，在鉆孔5軸向上形成預定方向的裂縫帶，停止輸入高壓水，再將鉆桿4伸入孔內(nèi)轉(zhuǎn)一個角度，再輸入高壓水慢慢地外退鉆桿4，則又產(chǎn)生一個軸向裂縫帶8，如此重復多次，便可以產(chǎn)生需要的多個軸向裂縫帶8，最后退出鉆桿4，用封孔器封住鉆孔孔口 ，繼續(xù)注入高壓水約0. 5小時，進行已割裂帶8條件下的水力致裂，使裂縫在高壓水的作用下進一步擴展，根據(jù)現(xiàn)場實際情況的需要，確定水力致裂鉆孔的方向，間隔實施多個水力割縫定向致裂的孔，則能夠安全高效地放出頂煤。
權利要求
一種水力割縫定向致裂方法，其特征在于a、用鉆機通過鉆桿(4)和割縫鉆頭(6)向預開采的煤巖體(1)打鉆孔(5)至設定位置；b、通過鉆桿(4)向割縫鉆頭(6)輸入高壓水；c、在輸入高壓水的同時，鉆桿(4)原地轉(zhuǎn)動，快速退后，再原地轉(zhuǎn)動，再快速退后，重復轉(zhuǎn)動和退后，直至設定位置，使煤巖體(1)圍繞鉆孔產(chǎn)生多個徑向裂縫(7)；或在輸入高壓水的同時，慢慢地向外退鉆桿(4)，直至設定位置，使煤巖體(1)由內(nèi)向外沿鉆桿(4)方向產(chǎn)生一個軸向裂縫帶(8)，停止輸入高壓水，再將鉆桿(4)伸入孔內(nèi)轉(zhuǎn)一個角度，再輸入高壓水，同時向外退鉆桿(4)，使煤巖體(1)由內(nèi)向外沿鉆桿(4)方向再產(chǎn)生一個軸向裂縫帶(8)，如此重復多次，可產(chǎn)生多個軸向裂縫帶(8)；d、退出鉆桿(4)，用封孔器封孔，繼續(xù)注入高壓水，使裂縫在水壓的作用下進一步擴展。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于預先水力割縫的定向水力致裂方法，其特征在于當打 鉆孔(5)卡鉆時，換小直徑鉆桿繼續(xù)打鉆至設定位置。
全文摘要
一種水力割縫定向致裂方法，用鉆機向預開采的煤巖體打鉆孔至設定位置，然后向割縫鉆頭輸入高壓水，同時使鉆桿原地轉(zhuǎn)動，快速退后，再原地轉(zhuǎn)動，再快速退后，重復轉(zhuǎn)動和退后至設定位置，退出鉆桿，使煤巖體圍繞鉆孔產(chǎn)生多個徑向裂縫；或在輸入高壓水的同時，慢慢地向外退鉆桿，直至設定位置，退出鉆桿，使煤巖體從內(nèi)向外沿鉆桿方向產(chǎn)生軸向裂縫帶，轉(zhuǎn)動不同角度可形成多個軸向裂縫帶；用封孔器封孔，繼續(xù)注入高壓水，使裂縫在水壓的作用下進一步擴展。有利于堅硬頂板的定向處理、堅硬頂煤的豎直方向破裂、應力的定向轉(zhuǎn)移，改善水力致裂處理堅硬頂煤、防治沖擊礦壓、防治煤與瓦斯突出、瓦斯抽采的效果。其工藝簡單，施工方便，易操作，安全可靠。
文檔編號E21B43/16GK101718191SQ200910034388
公開日2010年6月2日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權日2009年8月27日
發(fā)明者劉長友, 程慶迎, 黃炳香 申請人:中國礦業(yè)大學