游仙山煤矿工作面端头悬顶水力压裂技术及应用

针对游仙山煤矿顶板较坚硬,工作面端头悬顶难以垮落的问题,提出采用水力压裂技术对坚硬悬顶进行预裂切顶,保证工作面上下隅角及时垮落。研究表明：该技术通过对工作面端头坚硬顶板进行定向分段水力压裂,使悬顶岩层内裂隙发育程度增加,在工作面采动应力的作用下能够及时垮落。井下试验及矿压分析结果表明,采用该水力压裂技术后,工作面端头悬顶面积均保持在5 m²以下;另外,工作面端头的矿压显现也明显缓和,端头支架的工作阻力最大降低了26.6%,周期来压步距平均降低了28.4%,取得了良好的应用效果。     

青龙寺煤矿5-20102工作面矿压显现规律研究

煤矿开采过程中的工作面顶板垮落是危害煤矿安全生产的重要因素之一,进行工作面矿压显现规律研究对煤矿安全生产具有重要意义。通过数值模拟方法进行煤矿工作面开采模拟,研究了有无初采水力压裂条件下青龙寺煤矿5-20102工作面在采动影响下覆岩变形垮落规律和液压支架变形与工作阻力变化规律。研究结果表明,无初采水力压裂条件下工作面初次来压步距约为24 m,周期来压步距为8～14 m,平均周期来压步距约11 m,液压支架最大竖向位移约为273.5 mm;与无初采水力压裂相比,有初采水力压裂条件下工作面初采来压步距减小约20%,其周期来压步距基本保持不变,而液压支架最大竖向位移减小17.4%～35.6%,且液压支架出现最大位移的时间节点要比无初采水力压裂下提前3～4 m。     

回采工作面上隅角水力压裂切顶技术及其应用

针对部分回采工作面上隅角难以及时垮落的难题,提出一种控制上隅角及时垮落的新方法即定向水力压裂法对上隅角顶板进行预裂切顶,使上隅角能够及时垮落。研究表明,该方法通过在工作面上隅角上部岩层中分段定向多次水力压裂使顶板产生多组裂隙,在工作面回采动压及煤柱支承应力的双重作用下上隅角顶板发生破裂从而实现及时切落。试验结果表明,采用定向水力压裂切顶后上隅角顶板能够及时垮落,最大悬顶面积均小于10m~2;同时,周期来压时机头支架工作阻力最大可降低27.6%,周期来压步距平均降低24.8%,有效降低了工作面上隅角的管理难度。     

榆神矿区工作面稳定难垮岩层水力预裂控制技术及应用

基于水力压裂裂缝计算力学模型与矿井水力压裂煤岩体改性技术工艺,开展稳定难垮岩层水力预裂弱化治理技术研究,并在榆神矿区进行应用。分析榆神矿区稳定难垮岩层特点,通过工作面回采前预先压裂弱化顶板岩层,减小工作面初次和周期来压步距,降低工作面采空区顶板来压显现程度,有助于防止工作面煤体片帮、减小支架工作阻力和巷道变形。井下实践表明,水力预裂是工作面稳定难垮顶板弱化安全、绿色的技术手段,采空区顶板能够分层次逐步、及时垮落,解决了综采面采空区顶板控制问题,提升矿井工作面顶板管理水平。     

综放工作面端头悬顶水力压裂治理技术研究

为解决王家岭煤矿综放工作面端头悬顶难垮问题,依据顶板岩层力学性质和赋存特征,采用数值模拟手段研究综放工作面矿压显现规律,揭示综放工作面端头悬顶机理并提出相应的治理技术。研究结果表明:水力压裂可定向压裂顶板岩层,从而削弱顶板的强度及完整度,使采空区顶板分层分次垮落,缩短初次来压和周期来压步距,端头悬顶面积小于10 m~2,减小甚至消除了坚硬难垮顶板给工作面安全回采带来的威胁。     

定向水力致裂坚硬顶板的数值模拟及现场实践

针对煤矿坚硬难垮落顶板控制中存在的问题,进行定向水力致裂数值模拟和工业性试验。通过数值模拟和对监测孔及泵站压力波动情况进行观察,分析了煤矿坚硬难垮顶板水力压裂特点。研究结果表明:通过对围岩进行切槽,可有效降低裂缝破裂所需压力;随着压裂处与监测孔距离的增大,裂缝破裂和扩展所需的压力也相应增大;分段逐次压裂可在顶板岩层中产生多条裂缝,从而有效弱化顶板岩层,有效地减小了工作面的周期来压步距。     

青龙寺煤矿5-20109工作面覆岩垮落规律研究

针对青龙寺煤矿顶板岩层与开采工作面特点,分析了水力压裂处理后对工作面覆岩垮落规律的影响。以青龙寺煤矿5-20109工作面砂岩顶板为研究背景,分别建立了初次来压和周期来压力学模型,并在此基础上建立了FLAC^3D数值模型,分析了有无卸压条件下的顶板破断垮落特征。研究结果表明:工作面进行初采水力压裂后,其周期来压步距与未采用卸压基本保持不变,而初采来压步距则可减小将近20%,有利于减小支架的工作阻力;液压支架出现最大位移的时间节点要比无初采水力压裂下提前约4 m,而最大值则可减小35.6%,有效降低了初采段顶板的悬顶长度。     

厚层坚硬顶板定向水力压裂强制放顶技术研究*

针对厚层坚硬顶板工作面初采期间顶板大面积悬空,初次来压步距大,矿压显现强烈,易诱发冲击地压等动力灾害的问题,依据定向水力压裂技术原理,研发了定向水力压裂成套装备,制定了顶板定向压裂施工工艺;结合西部矿区厚层坚硬顶板条件,分析注水压力、压裂层位、钻孔间距等关键参数,开展了3104工作面初采期间定向水力压裂工程实践,并通过实测顶板垮落情况和分析支架阻力,检测了实施效果。结果表明,直接顶初次垮落步距约11 m,初次来压步距平均值为31.8 m,与未处理顶板相比,初次来压步距减少了62.6%,初次来压时,矿压显现较类似工作面大幅减弱,避免了厚层坚硬顶板的大面积悬空,保证了工作面安全回采。     

定向水力压裂在煤矿坚硬顶板弱化中的应用

以古书院煤矿153303工作面坚硬顶板为工程背景,分析了坚硬顶板的地质力学参数,并以此为依据,进行了定向水力压裂设计,通过监测工作面推进过程中顶板来压步距和液压支架工作阻力评价压裂效果,且与深孔爆破预裂技术进行了对比。研究表明:采用定向水力压裂技术弱化坚硬顶板岩层,顶板及时垮落,来压时支架工作阻力小,控顶效果好;与爆破控顶法相比,定向水力压裂更能削弱坚硬顶板岩层的完整性和强度,来压步距和工作面支架工作阻力更小,控顶效果更好,还具有安全性高、成本低、施工速度快和适应性强等优点,有较好的推广价值。     

定向长钻孔分段水力压裂技术在布尔台煤矿的应用北大核心

为解决坚硬顶板和遗留煤柱影响下综放工作面强矿压显现问题,分析了定向长钻孔分段水力压裂原理,提出了考虑工作面“见方”影响的压裂设计方案,并在神东布尔台煤矿42202综放工作面实施应用。结果表明:在工作面“见方”范围内实施定向长钻孔分段水力压裂技术后,42202工作面压裂区域来压步距和强度降幅明显,来压步距减小了4.3%,来压时支架平均阻力降低了6.9%,动载系数较小了4.2%;工作面煤壁基本无明显片帮现象,机尾采空区垮落充分;42202工作面辅运煤巷两帮移近量减小了30.0%,顶底板移近量减小了24.2%,副帮应力最大值减小了32.1%,辅运煤巷围岩稳定性整体得到提升;压裂区域的巷道锚索受力出现了大幅度的降低,锚杆受力出现明显波动现象,证明定向长钻孔分段压裂技术可有效解决工作面远场覆岩结构,使上覆基本顶有序垮落并形成稳定的“砌体梁结构”,保证了“采空区垮落矸石-液压支架-工作面煤壁”支撑体系的整体稳定性。     

坚硬顶板首采工作面初采阶段水力压裂综合治理技术研究

针对坚硬顶板条件下首采工作面初采期间顶板难以垮落问题，以巴拉素煤矿2102工作面为研究背景，采用理论分析及现场试验等方法，建立了工作面初次垮落力学结构模型，提出了“定向长钻孔+常规短钻孔”水力压裂综合弱化治理技术，揭示了基于“长钻+短钻”水力压裂技术的顶板弱化机理，综合评价了压裂后顶板弱化效果。研究表明：未进行压裂治理时，力学模型得到初次垮落步距为77 m,工作面合理水力压裂范围为垂直方向12.26～23.43 m,水平方向0～30.8 m。压裂施工过程中长钻孔最高压力达到26 MPa以上，短钻孔压裂最高压力达到52 MPa以上，均出现明显压降，降幅最大达到26 MPa。治理后工作面呈现“频繁小来压”矿压显现特征，水力压裂治理效果显著。通过“定向长钻孔+常规短钻孔”水力压裂综合弱化治理技术，保障了2102工作面初采期间安全回采，为类似条件工作面初采阶段强矿压灾害治理提供了可借鉴治理方法。     

锦界煤矿综采工作面水力压裂初次放顶矿压显现规律

为消除锦界煤矿综采工作面初采期间需采取强制放顶措施而产生大面积悬顶等一系列安全问题,分析了爆破强制放顶技术的矿压特点,并通过监测水力压裂初次放顶的水压和流量,统计顶板初次垮落特点和工作面支架工作阻力变化,分析了锦界煤矿31111工作面水力压裂初次放顶矿压显现规律。研究表明:水力压裂初次放顶呈现出分层、分次、逐步垮落特点,消除了初采期间顶板大面积一次垮落给工作面造成的危害。初采期间工作面支架来压动载系数降低,有效缓解初次来压对支架造成的冲击载荷。矿压规律及顶板垮落效果显示,水力压裂是一项安全可靠的工作面初次放顶技术。     

煤层坚硬顶板定向长孔水力压裂技术研究及应用

针对煤层顶板坚硬采空区大面积悬顶后突然垮落易引发强矿压动力灾害等问题，采用定向长钻孔分段水力压裂技术弱化煤层顶板，并在布尔台煤矿42108工作面进行现场应用，分别从压裂层位选择、压裂钻孔布置、定向钻孔施工、分段水力压力施工等方面论述了定向长钻孔水力压裂技术，现场结果表明，超前治理工作面中部坚硬顶板面积230.1万m²,压裂后顶板来压步距降低了20.83%～27.27%,动载系数较未压裂段降低了5.03%～10.32%,同时利用音频电透视方法对压裂效果检测，判识单个压裂段的弱化影响范围30 m左右，单个压裂钻场弱化影响范围为走向300 m,倾向230 m,实现了对整个工作面坚硬顶板区域性有效弱化治理。     

马堡煤业定向水力压裂顶板控制技术研究与应用

为确保15205综采工作面安全回采,采用定向水力压裂技术预制导向槽引导高压水对15205综采工作面顶板压裂,对坚硬顶板弱化,缩短来压步距,实现对顶板垮落的有效控制.在马堡煤业进行井下现场试验表明,15025工作面直接顶垮落步距在6.8～15 m,基本顶垮落步距在24～30 m.与15201工作面相比,直接顶和基本顶的垮...     

15205工作面水力压裂初次放顶技术研究

针对山西马堡煤矿15205工作面坚硬顶板存在难以垮落的问题,采用水力压裂技术对工作面顶板进行初次放顶。实际应用结果表明,水力压裂可有效弱化坚硬顶板,破坏其完整性,削弱顶板的强度和整体性,使顶板能够分层分次垮落,缩短初次来压和周期来压步距,减小或消除了坚硬顶板对工作面回采的危害。     

坚硬顶板回采工作面水力压裂控顶技术研究

为了解决坚硬顶板回采工作面开采时面临的顶板垮落困难、垮落步距大、矿压显现明显等问题,根据6508回采工作面地质、开采条件采用水力压裂技术对顶板进行压裂,并对压裂后的顶板垮落、来压情况以及初次来压步距等进行分析。结果表明:水力压裂后的采面初次来压步距平均在44.5m,较采用预裂爆破技术来压步距缩短8m,同时避免预裂爆破带来的安全隐患大、爆破动压明显等问题,具有施工安全、工作量小、施工速度快、顶板控制效果显著等优点,可以有效解决坚硬顶板工作面顶板难垮落问题,为矿井实现高效开采创造良好条件。     

煤矿井下定向钻孔水力压裂岩层控制技术及应用

水力压裂技术在煤矿坚硬、完整顶板岩层弱化及高应力巷道卸压方面得到越来越广泛的应用。以陕西曹家滩煤矿特厚煤层综放开采工作面、特厚稳定顶板岩层为工程背景，开展了顶板岩层地质力学测试、可压性试验，水力裂缝扩展理论分析及三维数值模拟，提出井下工作面定向钻孔区域水力压裂顶板层位、压裂钻孔布置与参数确定方法及压裂工艺。在井下进行了工业性试验和系统的地面微震实时监测，获得了顶板水力压裂裂缝空间展布特征。同时，进行了液压支架工作阻力，工作面周期来压步距及持续距离，来压动载系数及顶板岩层破断能量监测与分析，综合评价了水力压裂效果。初步建立了集压裂层位确定与参数设计，井下定向钻孔压裂工艺与装备，水力裂缝空间展布监测与压裂效果综合评价为一体的煤矿井下定向钻孔水力压裂成套技术。井下试验结果表明：在曹家滩煤矿井下地应力状态下（最小主应力为垂直应力），水力裂缝以水平裂缝为主，沿钻孔两侧扩展平均距离为80 m左右，有效弱化了工作面范围内上覆坚硬、完整顶板，实现了区域顶板改造。压裂区域工作面强矿压显现显著减弱，确保了工作面安全生产。最后，分析了水力压裂存在的问题，展望了技术发展方向。     

特厚石灰岩坚硬难垮落顶板定向水力压裂试验

针对寺河煤矿二号井特厚石灰岩坚硬难垮落顶板影响工作面生产的问题,结合围岩强度测试结果设计合理的水力压裂方案,进行坚硬顶板水力压裂试验。现场实践证明:老顶初次来压步距32 m,周期来压步距平均13 m;顺槽在回采期间变形值不大;说明水力压裂技术在解决工作面坚硬顶板垮落的同时也削弱了煤体侧向支承压力朝向顺槽方向的传递,减小了巷道底鼓的发生的概率,水力压裂取得了良好的生产效益。     

近浅埋大采高综采矿压显现规律研究

根据杭来湾煤矿30101首采工作面开采条件,进行了室内物理相似模拟试验研究,并对工作面进行了矿压实测分析。确定了杭来湾煤矿工作面初次来压步距和周期来压步距;给出了工作面支架所需额定工作阻力;研究了工作面大小周期来压显现规律及上覆岩层垮落特征。     

水力压裂在张家峁煤矿初次放顶中的应用

针对张家峁煤矿顶板坚硬、初次来压步距大、来压强度大的特点,设计实施了水力压裂弱化顶板方案。压裂效果表明:经过水力压裂后,有效的弱化了顶板,使坚硬顶板分次、分层及时逐步垮落,初次来压强度小,来压步距30 m,有效的保障了工作面设备以及人员安全。通过电子窥视仪观测表明,水力压裂可有效的促使岩层中的裂隙发育,起到了较好的压裂效果。