项目成果主体来源于中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司与中煤科工集团西安研究院有限公司合作的“煤矿井下坚硬顶板强矿压灾害定向长钻孔分段水力压裂超前防治技术及装备”服务项目成果。

煤层坚硬顶板难以随工作面推进而及时垮落，回采过程中悬顶面积大，突然垮落时，引起强矿压显现动力灾害。

具体表现为井下支护的破坏，巷道急剧收缩，采掘设备损坏，人员伤亡，严重时导致工作面停采停掘。

近年来，随着我国煤矿开发逐步向西部转移，西部的内蒙古神东矿区不断有新的强矿压灾害矿井出现。

现有防治技术均存在不同程度问题，如短钻压裂钻探施工精度低，有效治理范围小，存在盲区、盲段；井下爆破技术存在施工工程量大，成本高，产生CO等有毒气体污染井下环境，且政府对火工品监管力度越来越大，申请困难。

据此，项目提出了煤矿井下定向长钻孔裸眼分段压裂超前区域防治技术。

但实现该区域防治技术存在诸多技术难题，一是缺少适合煤矿井下的定向长钻孔的裸眼分段压裂成套装备；二是压裂治理目标层位不明，缺少裸眼长钻孔分段压裂参数定量设计方法；三是尚未有针对定向长钻孔的分段压裂区域治理效果和压裂裂缝发育的行之有效的评价方法。

项目在神东公司专业化技术服务项目和西安研究院科技创新基金重点项目支持下，针对上述难题开展科技攻关，取得了以下主要创新成果： 1首创研发了煤矿井下定向长钻孔裸眼分段压裂成套装备 通过现有煤矿井下压裂装备调研可知，煤矿井下仅有适合煤层瓦斯增透抽采的整体压裂装置；石油天然气领域，为大直径、套管式、泵送桥塞+射孔压裂联做的压裂工艺，需要点火射孔作业，无法满足井下施工条件，且成本极高。

为了克服以上问题，项目研发了由裸眼钻孔密封、定压压裂、可控安全分离和裸眼钻孔清洗等适用于坚硬顶板分段水力压裂的关键装置，并集成开发了远程智能可控、自动监测、多档位高压压裂泵组，形成了适合煤矿井下定向长钻孔裸眼分段压裂成套装备。

装备可实现单孔600m以上分12段的压裂，裸眼密封能力达70MPa以上，装备输出压力65MPa，泵组排量87.5m?/h，根据施工需要可实现5个档位控制调整，能实现2km以上距离的控制监测。

2开发了煤矿井下坚硬顶板强矿压动力灾害分段压裂超前区域防治技术 坚硬顶板强矿压动力灾害亟需提高控制效果、精度，实现区域超前的防治解危，国内外防治技术，主要集中工作面两顺槽的点式弱化治理，无法实现工作面区域化治理。

钻孔成孔精度低，目标层位选择精度差，造成治理效果不理想。

针对以上问题，首次提出了煤矿井下坚硬顶板的定向长钻孔超前区域防治模式，建立压裂目标层位判识方法，定量识别压裂治理目标层位；精确设计裸眼分段压裂参数，在神东多个矿井十数个工作面开展示范应用，来压期间压力降低20%以上，工作面巷道煤壁底鼓和变形由1.8m降低至0.3m，降幅达80%以上，开辟煤矿井下坚硬顶板强矿压灾害超前区域防治新模式。

3.创建了井下裸眼分段压裂效果综合评价方法体系 目前尚未有针对煤矿井下定向长钻孔的分段压裂治理效果和裂缝发育的行之有效的方法。

压裂裂缝扩展特征展示和压裂超前防治效果评价，直接关系到如何指导坚硬顶板强矿压矿井安全生产，优化压裂施工参数，实现准确、经济、有效的超前防治。

项目发明了煤层坚硬顶板分段水力压裂综合监测方法体系，开展了数值模拟、多方法联合的物探探测、井下实测等精细探测。

该方法体系实现了时间上压裂前、中、后监测，空间上顺槽、孔内及生产过程动态分析。

揭示了压裂裂缝展布形态和规模，裂缝延伸形态为椭球体；透明化展示了压裂裂缝的延展方向，压裂裂缝展布方向北偏东53°～68°，与研究区最大水平主应力方向55°~77°近平行；单个钻场3个钻孔压裂影响范围达走向300m×倾向230m×垂向上29m；利用压裂装备数据实时记录系统数据，揭示了压裂过程呈现"明显压降-锯齿状微破裂-明显压降" 的规律性变化，破裂压降最大达12.8MPa，单个钻场出现3.0MPa以上压力降220余次；本工作面压裂与未压裂区域来压步距由24~30m，降低至17~21m，来压范围由平均110架缩小至20~40架，来压期间支架阻力由平均48.2MPa将至38.1Mpa；顺槽围岩应力降幅为22.22%～32.05%。

项目取得授权发明专利4件，授权实用新型1项，受理发明专利6件，制定行业标准1项，出版专著1部，发表科技论文11篇，其中EI收录2篇。

自2018年3月至2019年12月，项目研究成果已在布尔台、保德、榆家梁、柳塔、石圪台等5个矿井10个大型综采工作面推广应用，累计治理区域超过10000m，新增销售额97053.46万元，创造新增利润42779.03万元，新增税收19410.69万元。

项目研究成果整体达到了国际领先水平。