1.一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法,其特征在于,具体包括以下步骤:S1、计算厚煤层切顶高度;通过切顶高度Hc与煤岩体平均碎胀系数Ka、煤层厚度M、采出率k、顶板下沉量Dr、底板鼓出量Df之间的计算公式,确定切顶留巷的压裂层位(1);
S2、施工压裂钻孔(2);确定压裂钻孔(2)的施工位置(3),以倾角θ和长度L施工压裂钻孔(2),压裂钻孔(2)被上覆岩层、基本顶分隔为常规压裂段(2.1)、定向压裂段(2.2)和非压裂段(2.3);
S3、高压射流切割孔壁;依次连接射流喷嘴(7.1)、刚性管路(8.1)、固定支架(8.2)、柔性管路(8.3)、高压泵(16)和水箱(15),形成高压射流切割系统;射流喷嘴(7.1)上设有流切割装置(7.2),将射流喷嘴(7.1)推送至定向压裂段(2.2),开启高压泵(16)并逐步后退射流切割装置(7.2),形成沿压裂钻孔(2)轴向的定向人工弱面(7.3);
S4、单孔多次水力压裂;将封孔器(9.1)连接水力压裂系统;将封孔器(9.1)推送至压裂钻孔(2)中注水封孔形成压裂段(9.2),开启高压泵(16)分别在常规压裂段(2.1)和定向压裂段(2.2)压裂数次,在上覆岩层形成无规则水力裂缝(9.3)、在基本顶中形成沿人工弱面(7.3)起裂的定向水力裂缝面(9.4);从压裂钻孔(2)深部至浅部逐步压裂,直至封孔器(9.1)退出到非压裂段(2.3),结束单孔多次压裂工作;
S5、多组压裂钻孔(2)顺序压裂;沿巷道轴向布置多组压裂钻孔(2),在每个压裂钻孔(2)内分别重复步骤S3、S4,每次在上覆岩层中压裂形成的无规则水力裂缝(9.3)相互贯穿形成复杂裂缝网(9.5),在基本顶中压裂形成的定向水力裂缝面(9.4)相互合并形成连续定向裂缝面(9.6);
S6、切顶留巷及辅助措施;工作面开采后,步骤S3、S4、S5形成的连续定向裂缝面(9.6)使基本顶的长悬顶板切落,变为短悬顶板(11.1)和垮落顶板(11.2);形成的复杂裂缝网(9.5)使压裂层位(1)以下的岩层充分垮落形成密实矸石堆(12);在巷道采空区侧设置单体支柱(13)和挡矸帷幕(14),实现厚煤层切顶留巷。
2.如权利要求1所述的一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法,其特征在于,步骤S1中所述的切顶高度计算公式为:Hc=[kM‑(Dr+Df)]/(Ka‑1),煤岩体平均碎胀系数Ka根据煤岩体力学性质不同取值为1.2~1.5,采出率k煤层类型和设备情况不同取值为93%~97%,煤层厚度M、顶板下沉量Df、底板鼓出量Df取值通过现场实测获得。
3.如权利要求1所述的一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法,其特征在于,步骤S2所述的上表面交点(6.2),与留巷边界(5)的水平距离x应小于或等于巷道宽度w的三分之二,所述的倾角θ通过压裂钻孔(2)在巷道内的施工位置(3)、基本顶层位以及水平距离x确定,所述的压裂钻孔(2)长度L等于施工位置(3)沿倾角θ延伸至压裂层位(1)的线段长度。
4.如权利要求1所述的一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法,其特征在于,步骤S2中,基本顶下表面(4.1)与压裂钻孔(2)的交点为下表面交点(6.1),基本顶上表面(4.2)与压裂钻孔(2)的交点为上表面交点(6.2),下表面交点(6.1)、上表面交点(6.2)均位于留巷边界(5)以外。
5.如权利要求1所述的一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法,其特征在于,步骤S4中,所述水力压裂系统包括依次与封孔器(9.1)连接的刚性管路(8.1)、固定支架(8.2)、柔性管路(8.3)、高压泵(16)以及水箱(15)。
6.如权利要求1所述的一种厚煤层水力压裂切顶沿空留巷方法,其特征在于,步骤S5所述的多组压裂钻孔(2)顺序压裂,应在完成单孔压裂后,在孔底通过堵塞物(10)封堵压裂钻孔(2),避免煤岩层中的有害气体泄露妨碍正常生产。