煤柱留巷定向水力压裂卸压机理及试验

针对煤柱留巷支护问题,提出一种控制坚硬厚顶板煤柱留巷变形的新方法——定向水力压裂留巷卸压技术,旨在转移护巷煤柱上的高采动应力,改善留巷的应力状态,并提出定向水力压裂煤柱留巷卸压机理。以余吾煤业公司S1206煤柱留巷瓦排巷为研究对象,确定了定向水力压裂钻孔方案、钻孔布置参数及施工工艺。压裂结果显示,横向切槽机械钻头可以在预定位置预制开槽;21~28 m分段压裂时间占总压裂时间48%,是整个钻孔的压裂关键位置;采用间接方法判断裂隙的扩展范围20 m左右。对压裂段和非压裂段进行了表面位移、煤柱垂直应力、工作面超前支承压力、压裂段煤柱上方三向应力等监测。监测结果表明:压裂段两帮收缩量降低30.5%,顶底板移近量降低50.2%;超前压力的影响距离不超过50 m,距离工作面超过15 m左右时,出现应力峰值;超前工作面10 m左右范围内出现塑性破坏;采动影响最显著的作用来自垂直应力;采空区造成应力扰动方向与最大相对主应力方向一致。监测与评估表明卸压效果明显。压裂及卸压结果表明,采用定向水力压裂留巷卸压技术可以消除或减弱坚硬顶板形成的悬顶效应,达到留巷的目的。     

区段大煤柱水力压裂切顶护巷技术研究

针对工作面回采过程中沿空留巷围岩应力高、蠕变变形大的难题,以赵庄矿井1309工作面为研究背景,用理论计算的方法开展了沿空留巷区域围岩结构力学分析,并提出了适用于该矿井的顶板双向水力压裂护巷工艺和效果检测方法。研究结果表明:13092巷道变形程度由煤体单轴抗压强度、煤层埋深、顶板岩梁强度共同决定,在以上因素的叠加作用下采空区侧向顶板挤压煤柱,煤柱塑性区范围扩大,侧向应力向煤柱深部转移,顶板断裂前煤柱内弹塑性过渡区域垂直应力达到最大值,受侧向应力峰值影响13092巷道发生强烈蠕变变形,巷道断面维护困难;通过在13091巷道布置双向水力压裂孔,提前弱化顶板,破坏其应力传递和能量积聚的条件,有效地进行了人为断裂线的预制,并改善断裂线在煤柱上方的倾向位置,减缓了煤柱受挤压程度;在巷道上方施工的水力压裂孔能够有效促使关键岩块B回转下沉,减小了1309工作面侧向悬顶的长度,垮落的关键岩块B能够较好地对高位岩层形成支承作用;在施工水力压裂孔后相应区域巷道变形量缩小40%,煤柱边界区域微震事件数和微震能量值均有大幅度减小,保证了沿空巷道在回采期间的围岩稳定性。该研究成果探索了顶板水力压裂护巷在晋煤矿区应用的可行性,并为类似矿井条件下开展压裂工艺提供了工程指导。     

德顺矿煤柱留巷水力压裂弱化顶板技术研究

为了在德顺煤业11106工作面开展煤柱留巷工程,采取水力压裂卸压技术抑制围岩变形,通过UDEC软件数值模拟影响卸压效果的因素——压裂次数和压裂位置。模拟结果发现：分段压裂距离越大,则压裂次数越少,切顶卸压效果越不理想,分段压裂距离最好小于4 m;在上区段工作面采空区侧布置压裂钻孔时,煤柱应力下降幅度达到15.1%.现场试验发现：压裂试验区巷道比非压裂试验区的巷道变形稳定期减小32.8%,两帮移近量下降达45.5%,顶底板移近量下降达63.1%,显著降低了煤柱留巷围岩变形量,卸压效果明显。     

综放工作面顶板水力压裂卸压技术应用

针对煤矿回采工作面煤层开采后大面积坚硬顶板悬露在采空区内,致使回采工作面顶板垮落步距较大、来压剧烈、易引起支架压死等一系列安全问题,以雅店煤矿1403综放工作面为研究背景,通过对水力压裂技术与工艺流程进行分析,研究了水力压裂卸压技术的可行性,同时对水力压裂钻孔参数进行设计并开展现场水力压裂卸压试验,最后对压裂效果进行了...     

15112工作面坚硬顶板水力压裂技术研究与应用

为弱化15112工作面回采期间出现大面积悬顶,采用UDEC数值模拟软件进行水力压裂裂缝扩展规律的分析,得出裂隙扩展长度和张开量均与注水压力成正比;结合坚硬顶板的赋存特征进行水力压裂方案设计,并对实施效果进行分析。结果表明:水力压裂方案实施后,支架工作阻力和顶板来压步距均大幅降低,坚硬顶板弱化效果显著。     

坚硬顶板定向高压水力致裂防冲护巷技术应用

定向高压水力致裂是一项防治坚硬顶板型冲击地压的新技术,基于张双楼煤矿93604工作面地质条件,研究了定向水力致裂防冲与护巷机理,通过现场试验,得到了张双楼煤矿定向水力致裂的技术参数。现场试验表明,定向水力致裂割缝时间小于10 min,致裂半径不小于10 m,裂纹扩展5 m所需时间不超过3 min,扩展10 m所需时间小于10 min。该技术在93604工作面应用后,有效减小了悬顶长度,实现了迎采巷道防冲与巷道保护的目的。     

无煤柱护巷的应用与进展

本文概述了我国发展无煤柱护巷技术以来取得的主要成果，分析了存在的问题，重点介绍了近１０年来我国在无煤柱护巷基础研究及沿空掘巷和沿空留巷等方面取得的主要技术进展，并对今后我国无煤柱护巷的发展进行了讲述。     

潞宁煤业22116工作面水力压裂切顶卸压技术

潞宁煤业2号煤层顶板为坚硬顶板,22116工作面回采期间临近的22118运输巷围岩位移过大,因此设计采用水力压裂切顶卸压技术进行控制,通过现场试验并对围岩位移监测表明,切顶后22118运输巷两帮移近量减小50.6%,顶底板移近量减小51.8%,巷道围岩位移得到有效控制,为类似地质条件下工作面的开采提供了参考。     

18103工作面动压巷道顶板水力压裂卸压技术与试验

动压巷道面临变形严重、支护难度大等问题,以王家岭煤矿18103工作面为工程背景,提出在工作面胶运顺槽采用水力压裂对顶板进行卸压,以削弱采动应力对工作面辅运顺槽稳定性的影响.基于此,设计了动压巷道顶板水力压裂卸压方案,有效提高了煤柱的稳定性,有利于18103工作面辅运顺槽的稳定控制.     

塔山煤矿上覆煤层遗留煤柱水力致裂卸压技术应用实践

针对塔山煤矿上覆煤层遗留煤柱动力显现问题,本文通过理论分析、数值模拟等方法,设计了适用于上覆煤层遗留煤柱的水力致裂卸压方案.研究结果表明:上覆煤层遗留煤柱造成的应力集中区范围为40m,水力致裂后工作面周期来压强度明显减弱,围岩变形量明显减小,卸压效果显著.     

杜儿坪矿68310回风巷水力压裂切顶卸压技术

切顶卸压技术已在诸多矿区成功应用,取得了巨大的社会效益,西山煤电集团杜儿坪煤矿作为典型的高瓦斯矿井,采用传统炸药爆破的方式进行巷道顶板岩层预裂爆破会带来很大的安全隐患。鉴于此,积极试验了水力压裂技术,提出了“低位致裂+高位弱化”的整体控制思路,并以68310回风巷为工程背景进行试验,现场切顶卸压效果良好。     

坚硬顶板定向水力压裂技术在王台铺煤矿的应用

王台铺煤矿XV#煤顶板属于坚硬难垮顶板,由于条件限制和存在问题不宜采用传统的超前深孔预裂爆破弱化方式处理顶板问题,采用定向水力压裂技术在井下工作面进行现场试验,通过现场围岩地质力学特征测试确定定向水力压裂方案。工作面回采后通过监测支架受力,得出预压裂工作面顶板初次来压步距在26~27 m之间,水力压裂控制顶板效果良好,并且克服了深孔预裂爆破中存在的不足,为该技术的推广应用提供了依据。     

近距离煤层水力压裂切顶卸压护巷技术研究

针对近距离煤层底抽巷在上部工作面采动后处于高应力状态而难以维护的问题,开展了水力压裂切顶卸压护巷技术研究,得出:工作面采动后坚硬厚顶板易形成较长时间跨度的悬顶效应是底抽巷压力显现的关键因素;水力压裂消除或减弱了坚硬顶板形成的悬顶效应,提高了采空区上覆岩层冒落性,改变了煤柱中应力分配比例,改善了底抽巷应力状态;现场采用同孔多段分次后退式水力压裂技术,结合跨式钻孔封隔器,在顶板坚硬岩层中形成明显的人工裂缝,缓解了底抽巷围岩应力集中,降低了底抽巷的维护难度,取得了良好的效果。     

随钻水力造穴技术在低透性煤巷卸压孔中的应用

随钻水力造穴技术节省了先导孔施工,缩短了作业时间,提高了效率,室内试验了流量、压力等水力参数与造穴效果的关系,得到了最优参数配比,该技术应用于新元矿3209工作面掘进头预抽钻孔施工,掩护低透性煤巷安全掘进。评价结果表明,在水压达到20MPa、流量在200L/min条件下时,冲孔时间维持15min/m、冲孔单元每5m 1次,冲煤量大于0.48t/m,钻孔冲孔半径为普通钻孔6倍,施工效率较原来提高了25%,应用效果最佳。     

沿空留巷水力压裂切顶卸压技术试验研究

为有效维护3109工作面沿空留巷墙体和回采巷道后期的稳定性,设计采用水力切顶方法卸载.设在工作面前方超前应力影响范围外沿煤壁侧布置压裂钻孔,钻孔直径56 mm,仰角为50°,孔间距为10 m,钻孔长度为42 m.现场工业试验结果表明,开槽段裂纹扩展划分为起裂准备、裂纹扩展、止裂三个阶段;水力切顶工艺减小了顶板悬梁的跨距...     

水力压裂切顶卸压控制临近巷道围岩变形研究

针对顶板坚硬、采空区悬露顶板面积较大、对临近巷道围岩变形影响较大等问题,提出超前水力压裂预切顶板方法,使采空区悬露顶板及时垮落。研究表明,工作面回采后预切顶板在裂隙面、岩层自重及动压影响下及时垮落,临近3314巷道围岩变形与未切顶时相比大大减少,大大缓解了临近巷道支护难度,减少了巷道返修工程量。     

千米深井厚层坚硬顶板水力压裂卸压技术研究

针对千米深井工作面坚硬基本顶难垮落的问题,以邢东煤矿2129千米孤岛工作面厚层坚硬基本顶为工程背景,探析了其基本顶在深部应力环境和工况条件下难垮落的原因,提出了在深井工作面采用水力压裂切顶卸压的顶板控制技术,并结合工作面实际采动影响得出了水力压裂的设计方案及施工工艺,实现了工作面卸压-推进连续配合作业;同时,运用数值模拟及现场矿压实时监测对卸压效果进行了分析与评价。研究发现,在千米深井厚层坚硬顶板的工作面实施水力压裂进行切顶卸压技术效果明显,有效实现了厚层基本顶分层分次逐渐垮落,降低了工作面顶板的周期来压显现强度。现场试验发现,在此环境下出现钻孔施工困难,需采用单孔多次压裂、增加注水量、强力封孔等措施使每个压裂钻孔充分发挥作用。实践证明,采用该技术后,千米深井厚层坚硬顶板难垮落问题得以有效解决。