本发明属于煤矿区矿压灾害治理，涉及一种地面t型分支水平井坚硬顶板矿压灾害治理方法。
背景技术：
1、煤矿采掘过程来自煤层回采工作面上覆煤层坚硬顶板岩层矿压灾害显现，其坚硬顶板岩层力学特征表现为：强度大、厚度大、整体性好，抗拉强度高于普通岩层，煤层工作面推进过程中该层位顶板常悬而不垮，当悬伸达到极限跨距后即会产生顶板瞬间大尺度垮落，造成煤层回采工作面来压剧烈，严重制约煤矿井下安全高效开采，严重威胁着生命财产安全。因此，在煤炭开采之前必须进行煤层回采工作面上覆坚硬顶板岩层的矿压灾害治理，进而降低由矿压灾害带来的严重经济损失。
2、煤矿区矿压灾害治理的手段主要是采用分段水力压裂顶板弱化技术，根据井下与地面治理场所选取不同可分为：煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂技术与地面水平井分段压裂技术。采用煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂技术进行顶板矿压灾害治理，其钻取的一个定向长钻孔轨迹较长，能够延伸至整个煤层回采工作面走向上，但是该技术需要超前采掘出施工巷道，因此难以满足煤矿采掘接续紧张冲突问题。采用地面水平井分段压裂技术进行顶板矿压灾害治理，能够实现巷道及煤层工作面采掘或回采的超前矿压治理，有效解决煤矿采掘接续紧张冲突问题，但是煤矿区的煤层埋深较浅，埋深大多数位于数百米左右，其上覆顶板坚硬岩层埋深更加浅，因此采用地面水平井分段压裂所钻取的地面水平井的水平段长度为数百米，难以实现延伸至整个上千米的煤层工作面走向上，故此，位于煤层回采工作面上所对应的顶板坚硬岩层的矿压灾害治理需要布设两口水平井，由于需要钻取两口水平井，致使该技术治理矿压灾害成本较高。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种地面t型分支水平井坚硬顶板矿压灾害治理方法，解决上述煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂技术治理矿压灾害的采掘接续紧张冲突问题，以及地面水平井分段压裂技术治理矿压灾害所需钻取多一口地面水平井致使成本较高的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
3、一种地面t型分支水平井坚硬顶板矿压灾害治理方法，包括以下步骤：
4、步骤1，确定煤层回采工作面上覆主关键岩层，精准确定煤层回采工作面及其上覆的主关键岩层之间的垂向间距、二者距离地面的距离；
5、步骤2，利用测点放样仪器测量煤层回采工作面边界四角点的大地坐标，根据所测量的煤层回采工作面边界四角点的大地坐标数据计算煤层回采工作面中心点a的大地坐标，利用测点放样仪器精准圈定出中心点a正上方投影于地面的坐标点b的位置，确定该坐标点b作为待钻取直井的井口位置；
6、步骤3，基于步骤1所获取的煤层回采工作面、主关键岩层距离地面的垂向距离参数，在步骤2确定的坐标点b位置钻取一口直井，该直井为二开孔身结构；一开钻进至稳定基岩5～10m，下入一开套管，纯水泥浆固井；二开钻进深度至主管关键岩层以下，下入二开套管，纯水泥浆固井；
7、步骤4，在步骤3所钻取的直井内下入斜向器用于分支水平孔侧钻，然后下入φ171.5mm钻头钻具组合，在二开套管上的侧钻点a侧钻开分支水平孔a，分支水平孔a水平段着陆点位于主关键岩层内，该分支水平孔a水平段钻进深度至主关键岩层的走向右边界端部位置；分支水平孔a的侧钻点a以下5～10m段下入承压碱性可溶式桥塞；
8、步骤5，实施步骤4所钻取的分支水平孔a的下套管及固井作业：分支水平孔a内下入套管及管串，下入孔内的套管及管串从上到下依次为：φ89mm钻杆、丢手工具、1根φ139.7mm分支水平孔短套管、分级箍、φ139.7mm分支水平孔套管；将上述管串下入至分支水平孔a内距离孔底端1～2m，用于固井水泥浆正常循环，分支水平孔短套管下放深度至分支水平孔a的侧钻点a处；上述管串下入至设计孔深位置后，进行纯水泥浆固井作业；固井侯凝结束后，地面打开钻杆内环孔下入钢球，待钢球下入至丢手工具处时，往钻杆内注入高压清水，此时丢手工具处压力瞬间增大，使得丢手工具与分支水平孔短套管分离，在地面起出钻杆，下入φ120mm的pdc钻头钻进磨铣分级箍内部结构，使整个分支水平孔a内部畅通，然后位于分支水平孔a侧钻点a处下入分支水平孔孔口碱性可溶式密封桥塞，实现暂堵分支水平孔a；
9、步骤6，基于步骤3所钻取的直井内首先下入斜向器用于分支水平孔侧钻，然后下入φ171.5mm钻头钻具组合，在二开套管上的侧钻点b侧钻开分支水平孔b，侧钻点b位于侧钻点a上部，分支水平孔b水平段着陆点位于主关键岩层内，该分支水平孔b水平段钻进深度至主关键岩层的走向左边界端部位置；
10、步骤7，实施上述步骤6所钻取的分支水平孔b的下套管及固井作业，其实现过程与步骤5相同，最终实现桥塞暂堵分支水平孔b；
11、步骤8，下入φ89mm光钻杆钻具组合至侧钻点b上端1～3m，在地面将泥浆泵排量调至最大排量，向井底注入高流速的碱性循环液体冲刷及清洗干净沉积于起密封暂堵作用碱性可溶式桥塞和桥塞处的钻屑，同时使快速溶解直井、分支水平孔a、分支水平孔b处的碱性可溶式桥塞和桥塞，进而使得直井、分支水平孔a、分支水平孔b畅通；
12、步骤9，依次实施分支水平孔a分段射孔水力压裂、分支水平孔b分段射孔水力压裂、直井的射孔压裂施工，形成大量的水力裂缝，两个分支水平孔及直井的射孔压裂所形成的水力裂缝能高效实现煤层回采工作面上覆顶板坚硬主关键岩层强矿压灾害治理。
13、本发明还包括如下技术特征：
14、具体的，所述步骤3中，直井二开孔身结构中，一开采用φ346.1mm牙轮钻头开孔钻进，下入φ273.1mm的j55钢级一开套管，采用低标号32.5水泥灰配制比重为1.7～2.0g/cm3纯水泥浆固井；二开采用φ241.3mmpdc钻头钻进，下入φ193.7mm的n80钢级二开套管，位于预先设计两个分支水平孔的侧钻点处所下入的二开套管采用φ193.7mm玻璃钢套管，采用高标号42.5水泥灰配制比重为1.8～2.10g/cm3纯水泥浆固井；二开固井结束侯凝72小时后必须进行套管内承压15～20mpa实验，检测二开套管固井封固情况，承压时间30min，压降须小于或等于0.5mpa。
15、具体的，所述步骤5中，管串下入至设计孔深位置后，进行纯水泥浆固井作业，采用高标号42.5水泥灰配制比重为1.8～2.10g/cm3纯水泥浆正循环固井，包括：
16、首先向管串内注入设计量的纯水泥浆，设计量的纯水泥量满足恰好充填分级箍至分支水平孔a井底段长的环形空间；然后向管串内持续注入清水，该清水中添加有红色视踪迹，待所注入的纯水泥浆位于分支水平孔a裸眼与分支水平孔套管之间环形空间返流至接近分级箍时，在地面井口进行投球作业，钢球运移至分级箍处瞬间压力增加触发分级箍功效，此时纯水泥浆位于分支水平孔a裸眼与分支水平孔套管之间环空返流至分级箍位置，与此同时从地面所压入的清水开始从分级箍两侧孔眼流至分支水平孔a裸眼与分支水平孔套管之间环形空间，所压入的清水从分级箍孔眼返流至地面，待在地面发现红色视踪迹显示，表明清水已经返排至地面，此时在地面进行封闭钻杆内环形空间及钻杆与直井二开套管环形空间，实现管串与分支水平孔a之间环形空间憋压状态，使分级箍与分支水平孔a底段长所注入的纯水泥浆液在憋压状态下侯凝72小时。
17、具体的，所述步骤9实施分支水平孔a、分支水平孔b分段射孔水力压裂时，利用斜向器使得压裂工具串重新进入分支水平孔a与分支水平孔b中进行分段水力压裂施工；
18、压裂工具串进入分支水平孔a过程：首先下入斜向器至侧钻点a处，斜向器下至侧钻点a处时其斜坡端面处于任意方位上，然后下入压裂工具串至斜向器底部，位于地面缓慢转动斜向器，待缓慢转动的斜向器转动至侧钻点a方位时，压裂工具串进入分支水平孔a中，压裂工具串进入分支水平孔a后，继续下入压裂工具串至分支水平孔a底部，然后采用后退式分段射孔水力压裂，最终形成大量的水力裂缝。
19、具体的，所述分支水平孔b中压裂工具串的下入与分支水平孔a相同，压裂工具串进入分支水平孔b后，继续下入压裂工具串至分支水平孔b底部，然后采用后退式分段射孔水力压裂，最终形成大量的水力裂缝；水力裂缝能够有效起到卸压作用，进而达到矿压灾害治理的目的。
20、具体的，所述分支水平孔a、分支水平孔b的着陆点在水平投影上至同等深度直井段长存在主关键岩层的矿压灾害治理的盲区，该盲区通过实施直井的射孔压裂进行治理；实施直井的射孔压裂包括：下入压裂工具串至主关键岩层的直井段内进行直井段内射孔压裂施工所形成的水力裂缝能有效治理两个分支水平孔分段水力压裂无法治理的盲区。
21、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
22、1.本发明只需钻取一口地面直井，然后通过位于直井内特定位置设计侧钻点进行侧钻开分支孔钻进及分段水力压裂施工即可实现煤层回采工作面上覆主关键层可能造成的矿压灾害治理。
23、2.本发明只需位于煤层回采工作面上部地面钻取一口地面直井，避免了直井段重复钻井，使得矿压灾害治理成本较低。
24、3.本发明依靠t型分支水平井实现孔眼两侧坚硬顶板的弱化治理，避免了采用单一一口水平井治理时，岩层埋深浅造成水平井钻进时水垂比过高、水平段钻进难度大、无法实现工作面全覆盖的问题。
25、4.本发明采用位于直井内先后钻取两个分支孔后，每个分支孔钻进及下套管固井结束后，采用碱性可溶式桥塞暂堵每个已钻取成功的分支孔，保证下一个分支孔正常钻井循环，待所有分支孔钻取成功后，采用高速碱性溶剂解封，最终针对每个分支孔及直井段的矿压灾害治理盲区实施分段水力压裂施工，分段压裂施工结束后，无需压裂排水施工作业，相比现有技术，采用该方式能够有效确保每个分支水平孔均能够实现分段水力压裂。
26、5.本发明采用φ89mm钻杆+丢手工具+1根φ139.7mm水平分支孔短套管+分级箍+φ139.7mm水平分支孔套管的分支孔内套管串组合，能够有效实现只封固各分支孔内下入的套管串，有效实现分支孔内下入的套管串位于承压状态下封固侯凝，同时对于分支孔以外的直井段内下入的φ89mm钻杆串可以有效取出重复利用。
27、6.本发明中各个分支水平孔钻进及压裂施结束后，最终位于直井内进行了分段水力压裂治理着陆点至着陆点同等深度直井段长的盲区，相比与现有技术忽略盲区治理，该方法能够实现全方位、全空间范围的无空白带矿压灾害治理。
28、7.本发明位于地面治理煤层回采工作面上覆主关键顶板坚硬岩层可能造成的矿压灾害治理，将施工环境从煤矿井下转移至地面，有效改善工人施工环境，同时位于地面能够实现巷道未采掘前的超前治理矿压灾害。
29、8.本发明将侧钻井眼水平段布置在工作面中间，有利于裂缝向井筒两侧均衡扩展，促进坚硬顶板均匀弱化治理，避免采煤过程中的应力集中。
1.一种地面t型分支水平井坚硬顶板矿压灾害治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的地面t型分支水平井坚硬顶板矿压灾害治理方法，其特征在于，所述步骤3中，直井二开孔身结构中，一开采用φ346.1mm牙轮钻头开孔钻进，下入φ273.1mm的j55钢级一开套管(6)，采用低标号32.5水泥灰配制比重为1.7～2.0g/cm3纯水泥浆固井；二开采用φ241.3mmpdc钻头钻进，下入φ193.7mm的n80钢级二开套管(7)，位于预先设计两个分支水平孔的侧钻点处所下入的二开套管(7)采用φ193.7mm玻璃钢套管，采用高标号42.5水泥灰配制比重为1.8～2.10g/cm3纯水泥浆固井；二开固井结束侯凝72小时后必须进行套管内承压15～20mpa实验，检测二开套管(7)固井封固情况，承压时间30min，压降须小于或等于0.5mpa。
3.如权利要求1所述的地面t型分支水平井坚硬顶板矿压灾害治理方法，其特征在于，所述步骤5中，管串下入至设计孔深位置后，进行纯水泥浆固井作业，采用高标号42.5水泥灰配制比重为1.8～2.10g/cm3纯水泥浆正循环固井，包括：
4.如权利要求1所述的地面t型分支水平井坚硬顶板矿压灾害治理方法，其特征在于，所述步骤9实施分支水平孔a(11)、分支水平孔b(16)分段射孔水力压裂时，利用斜向器使得压裂工具串重新进入分支水平孔a(11)与分支水平孔b(16)中进行分段水力压裂施工；
5.如权利要求4所述的地面t型分支水平井坚硬顶板矿压灾害治理方法，其特征在于，所述分支水平孔b(16)中压裂工具串的下入与分支水平孔a(11)相同，压裂工具串进入分支水平孔b(16)后，继续下入压裂工具串至分支水平孔b(16)底部，然后采用后退式分段射孔水力压裂，最终形成大量的水力裂缝(22)；水力裂缝(22)能够有效起到卸压作用，进而达到矿压灾害治理的目的。
6.如权利要求1所述的地面t型分支水平井坚硬顶板矿压灾害治理方法，其特征在于，所述分支水平孔a(11)、分支水平孔b(16)的着陆点(10)在水平投影上至同等深度直井段长存在主关键岩层(2)的矿压灾害治理的盲区(18)，该盲区(18)通过实施直井的射孔压裂进行治理；实施直井的射孔压裂包括：下入压裂工具串至主关键岩层(2)的直井段内进行直井段内射孔压裂施工所形成的水力裂缝(22)能有效治理两个分支水平孔分段水力压裂无法治理的盲区(18)。
