CN114183116B - 杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法 - Google Patents

杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法，属于超高压水刀切顶卸压技术领域。该方法首先分析顶板条件、确定钻孔参数，然后进行单孔超高压水刀定向割缝，再将多孔割缝贯通，最后进行工作面回采。本发明利用超高压水刀切割技术，利用超高压水刀替代原有的定向水力压裂致缝，超高压水刀理论最大压力可达400MPa，能有效切割煤层顶板，实现预裂切缝，解决了水力压裂致缝受顶板岩石裂隙影响大的问题。本发明设计的杆体自带稳压泵的超高压水刀，减少了能量耗散，使水刀刀头射流压力能达到理论最大值，该技术通过可旋转的水刀刀头，可实现任意角度的切割，对钻孔角度要求较小。

Description

杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法
技术领域
本发明涉及超高压水刀切顶卸压技术领域，特别是指一种杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法。
背景技术
定向水力压裂技术处理坚硬顶板提供了一种简单、有效的改变岩石物理属性的方法，破坏岩层和围岩的结构及其完整性，实现了高集中应力的转移与释放，有效控制了冲击地压发生频率。但目前井下水力压裂方法常采用钻孔后利用定向刀头切割初始裂缝，最后利用高压水压裂的方法，根据资料显示，由于钻孔深度一般较大，巷道内加压泵加压后到钻孔压裂部位会释放较多能量，导致出水口压力不足，并且水力压裂受岩石裂隙发育程度较大，当水压不足时易发生水流沿岩石弱面压裂，偏离了预裂方向，达不到卸压效果。
因此，本发明提出种一种杆体自带稳压泵的刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法，利用杆体上自带的稳压泵缩短稳压泵与刀头之间的距离，减少能量的耗散，超高压水刀可有效的切开坚硬顶板，成缝效果好，并且可旋转式刀头灵活性好，可精确切割裂缝方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法，解决现有水力压裂方法切割坚硬顶板效果差，压裂裂缝受岩层裂隙发育程度大的问题。
该方法包括步骤如下：
S1：分析顶板条件：
根据矿山地质资料确定厚硬顶板位置以及厚硬顶板的岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比和断裂韧度；
S2：确定钻孔参数：
确定钻孔位置、钻孔直径、钻孔深度和钻孔角度；
S3：单孔超高压水刀定向割缝：
退出钻孔工具后，在钻孔内推入自带稳压泵的高压水刀，根据实际要求压裂方向用旋转水刀切割预裂切缝；
S4：多孔割缝压裂：
沿巷道轴向方向，根据单孔压裂有效半径范围布置钻孔，然后重复S3；
S5：工作面回采：
待实体煤顶板厚硬岩层断裂后进行工作面回采。
其中，S2中钻孔位置位于巷道实体煤侧顶板，钻孔距煤壁距离LS范围在150mm～250mm内；钻孔直径m根据水刀直径确定，m≤80mm；钻孔深度L根据切割顶板位置确定；钻孔倾角θ垂直于最大主应力方向。
S3中高压水刀包括可旋转式水刀刀头、钻头旋转调节器、刚性高压输水管、稳压泵和气压表，可旋转式水刀刀头接在刚性高压输水管末端，刚性高压输水管另一端连接稳压泵，稳压泵的气腔内设置气压表，刚性高压输水管中部接钻头旋转调节器，可旋转式水刀刀头伸入坚性抗冲充填材料中。
S3中退出钻孔工具后推入自带稳压泵的水刀，后由数控设备控制刀头旋转角度α按预定方向切割，切割距离为l1。
S4中钻孔沿巷道轴向布置，钻孔连线平行于巷道轴线，多孔割缝压裂实现对顶板破坏或切顶。
S4中钻孔间距为l，l＝2l1，其中l1为S3中旋转水刀切割距离。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，杆体自带稳压泵的刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法刀头水压能量耗散较少，灵活性高，受岩石原生裂隙影响低，与传统割缝方式相比，超高压水刀切割效果好、适应性强。
附图说明
图1为本发明的杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法中杆体自带稳压泵即可旋转刀头水刀示意图；
图2为本发明实施例中的钻孔布置剖面图；
图3为本发明实施例中的超高压水刀切缝示意剖面图；
图4为本发明实施例中的超高压水刀切缝示意平面图；
图5为本发明实施例中的超高压水刀切缝巷道轴向剖面图；
图6为本发明实施例中的工作面回采后顶板下沉示意图。
其中：1-1、可旋转式水刀刀头，1-2、钻头旋转调节器，1-3、坚性抗冲充填材料，1-4、刚性高压输水管，1-5、稳压泵，1-6、气压表，2-1、钻孔，3-1、预裂切缝，5-1、超高压水刀加压泵，5-2、超高压可旋转式水刀，5-3、注水管。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法。
该方法包括步骤如下：
S1：分析顶板条件：
根据现有地质资料，确定厚硬顶板位置以及厚硬顶板的岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比和断裂韧度；
S2：确定钻孔参数：
确定钻孔位置、钻孔直径、钻孔深度和钻孔角度；
S3：单孔超高压水刀定向割缝：
退出钻孔工具后，在钻孔内推入自带稳压泵的高压水刀，根据实际要求压裂方向用旋转水刀切割预裂切缝；
S4：多孔割缝压裂：
沿巷道轴向方向，根据单孔压裂有效半径范围布置钻孔，然后重复S3；
S5：工作面回采：
待实体煤顶板厚硬岩层断裂后进行工作面回采。
其中，如图1所示，S3中高压水刀包括可旋转式水刀刀头1-1、钻头旋转调节器1-2、刚性高压输水管1-4、稳压泵1-5和气压表1-6，可旋转式水刀刀头1-1接在刚性高压输水管1-4末端，刚性高压输水管1-4另一端连接稳压泵1-5，稳压泵1-5的气腔内设置气压表1-6，刚性高压输水管1-4中部接钻头旋转调节器1-2，可旋转式水刀刀头1-1伸入坚性抗冲充填材料1-3中。
如图2所示，实际应用中，钻孔2-1位置位于巷道实体煤顶板，根据经验，钻孔距煤壁距离LS范围在150mm～250mm之间；钻孔直径m根据水刀直径而定，但不大于80mm；钻孔深度L根据切割顶板位置确定；钻孔倾角θ由岩层内最大主应力方向确定，研究显示岩层裂纹扩展方向与最大主应力方向保持一致。
如图3、图4和图5所示，退出钻孔工具后，在钻孔内推入超高压可旋转式水刀5-2，超高压可旋转式水刀5-2通过注水管5-3连接超高压水刀加压泵5-1，根据实际要求切缝方向用旋转水刀切割预裂切缝3-1；推入刀头后由数控设备控制刀头旋转角度α按预定方向切割，单向切割完毕后控制到头对相反方向再次切割，切割距离为l1。
需要注意的是，超高压水刀加压泵5-1中的水流经注水管5-3到达超高压可旋转式水刀5-2后，水压会产生损失，因而需要稳压泵1-5进一步保持合适的水压。
进而，沿巷道轴向方向，根据单孔压裂有效半径范围布置钻孔，然后重复S3；钻孔沿巷道轴向布置，钻孔连线平行与巷道轴线，多孔割缝压裂可实现对顶板的切断或者分层。钻孔间距为l，l＝2l1，多孔裂缝相互贯通形成切缝切断顶板。
最后，如图6所示，待实体煤顶板厚硬岩层断裂后进行工作面回采，断裂的厚硬岩层由于物理性质的改变，降低冲击地压发生几率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法，其特征在于：包括步骤如下：
S1：分析顶板条件：
确定厚硬顶板位置以及厚硬顶板的岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比和断裂韧度；
S2：确定钻孔参数：
确定钻孔位置、钻孔直径、钻孔深度和钻孔角度；
S3：单孔超高压水刀定向割缝：
退出钻孔工具后，在钻孔内推入自带稳压泵的高压水刀，超高压可旋转式水刀通过注水管连接超高压水刀加压泵，根据实际要求压裂方向用旋转水刀切割预裂切缝，推入刀头后由数控设备控制刀头旋转角度α按预定方向切割，单向切割完毕后控制刀头 对相反方向再次切割，切割距离为l1；
S4：多孔割缝压裂：
沿巷道轴向方向，根据单孔压裂有效半径范围布置钻孔，然后重复S3；
S5：工作面回采：
待实体煤顶板厚硬岩层断裂后进行工作面回采；
所述S3中高压水刀包括可旋转式水刀刀头、钻头旋转调节器、刚性高压输水管、稳压泵和气压表，可旋转式水刀刀头接在刚性高压输水管末端，刚性高压输水管另一端连接稳压泵，稳压泵的气腔内设置气压表，高压水沙管中部接钻头旋转调节器，可旋转式水刀刀头伸入坚性抗冲充填材料中。
2.根据权利要求1所述的杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法，其特征在于：所述S2中钻孔位置位于巷道实体煤侧顶板，钻孔距煤壁距离LS范围在150mm～250mm内；钻孔直径m根据水刀直径确定，m≤80mm；钻孔深度L根据切割顶板位置确定；钻孔倾角θ垂直于最大主应力方向。
3.根据权利要求1所述的杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法，其特征在于：所述S4中钻孔沿巷道轴向布置，钻孔连线平行于巷道轴线，多孔割缝压裂实现对顶板破坏或切顶。
4.根据权利要求1所述的杆体自带稳压泵刀头可旋转超高压水刀定向切缝卸压方法，其特征在于：所述S4中钻孔间距为l，l＝2l1，其中l1为S3中旋转水刀切割距离。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114961713A (zh) * 2022-05-19 2022-08-30 中煤科工开采研究院有限公司 一种确定动压巷道水力压裂切顶卸压时机的方法及系统
CN116480347B (zh) * 2023-06-26 2023-11-07 华能煤炭技术研究有限公司 煤矿顶板水力压裂方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012065295A1 (zh) * 2010-11-15 2012-05-24 湖南汉寿中煤科技有限公司 超长钻孔高压水射流钻割联动煤层瓦斯抽放与防突系统及方法
CN103758570A (zh) * 2014-01-14 2014-04-30 中国矿业大学 一种水力致裂控制临空巷道强矿压的方法
CN103953343A (zh) * 2014-04-03 2014-07-30 太原理工大学 一种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法
CN104747071A (zh) * 2015-01-12 2015-07-01 徐州博安科技发展有限责任公司 一种水动力钻进割缝方法
CN105971663A (zh) * 2016-07-19 2016-09-28 淮南宏昌科技有限责任公司 一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构及增透方法
CN107083961A (zh) * 2017-05-10 2017-08-22 中国矿业大学 基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法
CN107201892A (zh) * 2017-07-26 2017-09-26 淮南矿业(集团)有限责任公司 穿层钻孔水力割缝装置及水力割缝方法
CN109184653A (zh) * 2018-10-10 2019-01-11 山东科技大学 一种新型煤矿水力压裂用割缝装置及方法
CN109339786A (zh) * 2018-08-22 2019-02-15 太原理工大学 一种预制裂缝定向水力压裂起裂方法
CN111022049A (zh) * 2019-11-25 2020-04-17 中国矿业大学 一种作业可控的切顶卸压沿空留巷方法
CN111502666A (zh) * 2020-04-30 2020-08-07 郑海彬 一种地下挖掘机装置
CN112160737A (zh) * 2020-10-23 2021-01-01 河南理工大学 基于水力切割技术的煤层顶板定向致裂方法
CN112855155A (zh) * 2021-04-02 2021-05-28 中国矿业大学 一种沿空留巷厚硬顶板分段定向水力压裂方法
CN213510412U (zh) * 2020-11-04 2021-06-22 河南理工大学 一种煤矿井下高压注热水力割缝增透装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9410376B2 (en) * 2012-08-23 2016-08-09 Ramax, Llc Drill with remotely controlled operating modes and system and method for providing the same
CN104563871B (zh) * 2015-01-15 2016-09-21 河南理工大学 一种水力冲孔、清淤与排渣一体化装置及方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012065295A1 (zh) * 2010-11-15 2012-05-24 湖南汉寿中煤科技有限公司 超长钻孔高压水射流钻割联动煤层瓦斯抽放与防突系统及方法
CN103758570A (zh) * 2014-01-14 2014-04-30 中国矿业大学 一种水力致裂控制临空巷道强矿压的方法
CN103953343A (zh) * 2014-04-03 2014-07-30 太原理工大学 一种对煤层坚硬顶板控制放顶的方法
CN104747071A (zh) * 2015-01-12 2015-07-01 徐州博安科技发展有限责任公司 一种水动力钻进割缝方法
CN105971663A (zh) * 2016-07-19 2016-09-28 淮南宏昌科技有限责任公司 一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构及增透方法
CN107083961A (zh) * 2017-05-10 2017-08-22 中国矿业大学 基于压裂圈的强地压巷道应力转移方法
CN107201892A (zh) * 2017-07-26 2017-09-26 淮南矿业(集团)有限责任公司 穿层钻孔水力割缝装置及水力割缝方法
CN109339786A (zh) * 2018-08-22 2019-02-15 太原理工大学 一种预制裂缝定向水力压裂起裂方法
CN109184653A (zh) * 2018-10-10 2019-01-11 山东科技大学 一种新型煤矿水力压裂用割缝装置及方法
CN111022049A (zh) * 2019-11-25 2020-04-17 中国矿业大学 一种作业可控的切顶卸压沿空留巷方法
CN111502666A (zh) * 2020-04-30 2020-08-07 郑海彬 一种地下挖掘机装置
CN112160737A (zh) * 2020-10-23 2021-01-01 河南理工大学 基于水力切割技术的煤层顶板定向致裂方法
CN213510412U (zh) * 2020-11-04 2021-06-22 河南理工大学 一种煤矿井下高压注热水力割缝增透装置
CN112855155A (zh) * 2021-04-02 2021-05-28 中国矿业大学 一种沿空留巷厚硬顶板分段定向水力压裂方法

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