技術領域

本發明涉及煤礦井下區域瓦斯治理技術領域，具體涉及一種煤礦井下水力壓裂鉆孔方位角設計方法。

背景技術

隨著我國煤炭生產的高效集約化和開采深度的增加，瓦斯涌出量越來越大，瓦斯爆炸和瓦斯突出危險的威脅越來越嚴重。解決煤層開采過程中的瓦斯問題的主要措施是預先實施煤層瓦斯抽采，而對于高瓦斯低透氣性煤層，常規的鉆孔瓦斯抽采方法有效影響范圍小，抽采效果差，需要采取增透的方法。水力壓裂技術是石油增產的主要措施，在煤礦井下的應用也取得了一定的效果。利用水力壓裂技術可以對煤體進行卸壓增透，增加鉆孔影響范圍，提高煤體透氣性。

隨著在煤礦井下的應用和推廣，水力壓裂技術各方面工藝逐漸得到完善。然而，作為提高鉆孔抽采效果的措施，對于水力壓裂鉆孔的研究相對較少，水力壓裂鉆孔的設計參數如傾角、方位角、孔深等沒有統一的規范，參數的選擇存在一定的盲目性，尤其是鉆孔方位角，大多選擇垂直于巷幫施工，水力壓裂卸壓增透的效果受到限制。煤體實施水力壓裂時，鉆孔周圍的裂隙在水壓下發育、擴展，研究表明，水力壓裂裂隙擴展延伸的方向與煤體所受地應力大小和方向有關，即裂隙總是沿著垂直與最小應力的方向擴展。而水力壓裂時裂隙擴展的理想方向是鉆孔與鉆孔之間的方向裂隙發育擴展，進而溝通形成裂隙網，形成區域卸壓增透。在充分考慮地應力的大小和方向前提下，通過選擇合適的水力壓裂鉆孔方位角，使得水力壓裂技術能夠在預定范圍和方向內卸壓增透的效果達到最佳，提高瓦斯抽采效果。

發明內容

技術問題：本發明的目的是針對已有技術中存在問題，提供一種方法簡單、易操作、能有效增強水力壓裂卸壓增透效果、提高瓦斯抽采效果的煤礦井下水力壓裂鉆孔方位角設計方法。

技術方案：本發明的煤礦井下水力壓裂鉆孔方位角設計方法，包括以下步驟：

a.根據煤層地質信息，確定鉆孔所在煤層垂直地應力σ_V、最大水平地應力σ_H、最小水平主應力σ_h的大小，以及確定巷道方位角β及最大水平主應力σ_H的方位角γ；

b.由巷道方位角β和最大主應力的方位角γ計算出最大水平主應力σ_H與巷道的夾角θ＝|β-γ|，當θ>90°時，將θ轉化成銳角；

c.確定鉆孔與巷道的夾角α；

若垂直地應力σ_V大于最大水平地應力σ_H時，則鉆孔與巷道的夾角α＝90°；

若垂直地應力σ_V小于最大水平地應力σ_H時，

當最大水平主應力σ_H的方向與巷道的夾角θ≤45^°，鉆孔(3)與巷道(4)的夾角α的范圍為90°-θ≤α≤90°+θ，直接在巷幫施工鉆孔；

當45°＜θ≤90°時，鉆孔(3)與巷道(4)的夾角α的范圍為α≤90-θ，布置鉆場(5)，在鉆場(5)內施工鉆孔；

d.最終確定鉆孔(3)方位角為α+β。

有益效果：本發明針對煤礦井下水力壓裂技術應用時鉆孔參數設計存在一定盲目性，尤其是鉆孔方位角的選擇，沒有充分考慮煤層地應力的分布對水力壓裂裂隙擴展延伸的影響，提出了一種可以有效增強水力壓裂卸壓增透效果、提供瓦斯抽采效果的煤礦井下水力壓裂鉆孔方位角設計方法。利用地應力來設計合理的水力壓裂鉆孔方位角，避免了水力壓裂鉆孔參數設計的盲目性，提高水力壓裂鉆孔設計的科學性。通過本發明布置的水力壓裂鉆孔能夠利用煤體地應力大小和方向對水力壓裂裂隙擴展延伸的影響，促進裂隙在預定的方向和范圍擴展，形成目標卸壓增透區域。通過本發明的實施，可以擴大水力壓裂卸壓增透范圍，增大煤體透氣性，提高瓦斯抽采效果。其方法簡單，實施效果好，具有廣泛的實用性。

附圖說明

圖1為水力壓裂鉆孔直接作用于巷幫施工鉆時，方位角設計施工圖(θ≤45°)。

圖2為水力壓裂鉆孔鉆場內打鉆時，方位角設計施工圖(45°＜θ≤90°)。

圖中：1—最大水平地應力σ_H，2—最小水平地應力σ_h，3—水力壓裂鉆孔，4—巷道，5—鉆場。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的描述：

實施例1、如圖1所示，以直接作用于巷幫施工鉆孔為例。其煤礦井下水力壓裂鉆孔布置方法的步驟如下：