大柳塔煤矿综采工作面水力压裂强制放顶技术探索

井工煤矿综采工作面初采期间顶板管理是一个特殊时期。顶板管理不好会造成采空区悬顶面积较大,容易造成顶板大面积垮落现象,造成设备损坏、危及人身安全等恶性事故。水力压裂强制放顶是一种经济有效的顶板控制技术,可避免爆破控顶的不足。通过研究提出了适合大柳塔煤矿综采工作面水力压裂初次放顶工艺。施工纪录表明,水力压裂强制放顶技术能够使顶板分层、分次逐步垮落,保证初采安全。以期解决煤矿综采工作面顶板初次放顶存在的问题。     

水力压裂技术在哈拉沟煤矿初次放顶中的应用

针对哈拉沟煤矿深孔爆破初次放顶中存在的问题,结合22409-3综采工作面顶板赋存条件,设计采用水力压裂技术进行22409-3初次放顶。实践表明,22409-3综采工作面实施水力压裂初次放顶后,顶板分层逐渐垮落,初次来压步距和来压强度明显降低,实现了工作面安全初采。     

综采工作面架后水力压裂初次放顶技术研究

目前水力压裂初次强制放顶技术在煤矿现场已得到了广泛应用,但水力压裂的实施多在工作面开切眼采掘设备安装前完成,在采掘设备安装完成后强制放顶还未曾实施过。以南梁煤矿20203工作面为例,研究提出了综采工作面架后水力压裂初次强制放顶技术,结合现场概况设计了L孔、S孔和A孔3种压裂钻孔,给出了架后实施水力压裂初次放顶工艺,采用封隔器封孔多段充分压裂,压裂后观测到支架前端顶板和锚索均出现淋水现象,水力裂缝向四周发生了横向延伸。压裂完成后,工作面推进过程中直接顶逐步冒落,工作面推进45 m后基本顶发生初次垮落,工作面发生了初次来压,来压期间支架安全阀基本无开启,达到初次放顶预期效果,可为类似条件下水力压裂初次放顶的实施提供参考。     

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。     

水力压裂技术在综采工作面初次放顶中的应用

针对寸草塔煤矿22104综采工作面顶板岩层的特点,结合工作面实际情况,从工作面水力压裂钻孔布置设计、与强放效果对比、预裂效果分析等几个方面进行了分析。完成了对顶板岩层的弱化,实现了初采期间直接顶能顺利垮落,减小了工作面老顶初次来压步距,达到了降低初采期间工作面来压强度的目的,为今后综采工作面顺利实施水力压裂初次放顶技术提供了宝贵的经验数据。     

孤岛工作面水力压裂初次放顶技术研究

针对高瓦斯矿井坚硬顶板条件下工作面初采面临的悬顶面积大、难以垮落及易积聚瓦斯等问题,以杜儿坪煤矿68307工作面为工程背景,提出了采用水力压裂卸压技术方案,对顶板进行人为预裂卸压管理。现场实践表明,水力压裂卸压可以改变顶板岩层结构,降低顶板岩层的极限荷载;相较于相邻68306工作面采取强制放顶措施后的初采垮落步距,采用水力压裂卸压可使顶板初次垮落步距缩短12 m,实现了初采期间的安全生产,取得了预期效果。     

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。     

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。     

综采工作面水力压裂初次放顶技术研究

针对柠条塔煤综采工作面顶板稳定难以垮落,工作面大面积悬顶带来的安全隐患问题,在综采工作面开切眼实施水力压裂初次放顶技术,通过监测水力裂缝扩展、水压变化及顶板垮落效果,分析水力压裂技术在初采期间的控顶效果。结果表明:针对厚而稳定的砂岩顶板,在开切眼处沿工作面推进方向实施水力压裂钻孔,可有效弱化顶板岩层,有利于综采工作面初采期间顶板岩层顺利、安全垮落。根据柠条塔煤矿顶板岩层条件,确定了合理的压裂参数,包括钻孔间距、长度、倾角以及压裂所需压裂,可保证工作面顶板在初采期间分层、分次逐步垮落,未形成强烈冲击,确保了工作面安全初采。     

定向水力压裂技术在7806切眼的应用

中厚煤层多采用综采放顶煤开采方式。在初采过程中,随着回采工作面的不断推进,老空区的悬顶面积不断增大,初次来压前,容易出现压架现象。潞安五阳煤矿7806工作面老顶为细粒石英砂岩,难以冒落,采用定向水力压裂技术应用在该工作面。实施压裂后工作面推进大约9 m时,观测到直接顶开始垮落;推进12 m时,部分老顶垮落;推进16 m时,老顶全部垮落。通过定向水力压裂顶板预裂试验,缩小了顶板初次垮落步距,有效防止了大面积顶板垮落带来的隐患,实现了工作面初采期间安全、高效生产。     

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。     

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。     

霍尔辛赫煤矿综采工作面初采阶段强制放顶技术应用研究

为了防治霍尔辛赫煤矿综采工作面初采期间顶板突然垮落造成的隐患,通过分析初采阶段工作面强制放顶技术的优缺点,结合矿井现场实际情况,决定采用深孔预裂爆破强制放顶技术。通过数值模拟及现场试验应用研究,该技术缩短了初次来压和周期来压距离,同时也避免了工作面初采期间采空区悬顶现象的发生。工作面回采期间,矿压显现比较缓和,保障了综采工作面的安全生产。     

水力压裂控制综放工作面初次垮顶试验研究

为了解决综放工作面基本顶初次垮落步距较大的问题,理论分析了综放工作面基本顶初次垮顶步距影响因素,并在漳村煤矿2306工作面采用水力压裂技术进行初采预裂现场试验,通过监测煤体钻孔应力、超前支撑段巷道变形、工作面支架活柱压力及工作阻力及对比分析压裂前后钻孔围岩结构,得出以下结论:压裂后,顶板围岩破碎度及裂隙发育明显扩大,压裂破坏了顶板围岩的完整性,有效弱化了顶板岩层;钻孔应力计监测得出,水压预裂效果良好,能够有效减小工作面超前支承应力;表面围岩监测发现巷道变形量很小,两帮及顶底板移近量无变化;支架活柱压力及支架工作阻力连续监测得出压裂后工作面基本顶初次垮落步距为15.6 m,比类似条件工作面爆破预裂效果提前6 m。水力压裂控制综放工作面初次垮顶技术具有工程量小,安全性高,施工速度快,控顶效果好等特点,能有效解决坚硬顶板综放工作面基本顶初次垮落步距较大、支架压力大的问题。     

水力压裂技术在综采工作面初放顶板控制中的应用

结合大柳塔煤矿12316综采工作面初采期间使用水力压裂控制顶板的技术研究和应用实践,通过井下试验、现场写实、实践验证相结合的方法,研究了水力压裂对顶板岩层的弱化及初次垮落的作用。结果表明,采用水力压裂控制采空区顶板期间,工作面老顶初次来压步距为36 m,要比强制放顶缩短5 m。更重要的是,采空区顶板初次垮落期间未形成冲击,未对工作面产生影响,实现了工作面初采安全,达到了预期的控顶效果,为今后在大柳塔煤矿其他综采工作面的推广应用提供了实践基础。     

巨厚煤层爆破切顶初采初放技术应用研究

为确保胡家河矿401106工作面在初采初放及正常回采期间顶板及时垮落，依据工作面具体的工程地质条件设计松动爆破方案，通过现场调研、微震监测、液压支架载荷监测等手段研究矿压显现规律。结果表明：工作面初采步距为46.4 m，初次来压持续距离16.2 m，液压支架工作状态良好，除上下隅角顶煤未冒落外顶煤全部垮落，应用效果较好。     

凉水井煤矿综采工作面初采初放顶板控制技术

针对凉水井煤矿42112工作面初采期间坚硬顶板难以垮落问题,综合采用了数值模拟、现场观测等方式,研究了该工作面初采期间采空区顶板内应力分布和塑性区分布变化特征,得出了基本顶断裂时初次来压步距。并针对初次来压可能造成的冲击危害,采用深孔爆破方式进行强制放顶。工程实践表明,研究结果与现场基本吻合,放顶效果良好,保证了综采工作面的初采期间安全回采,满足了正常生产需求。     

高压水预裂强制放顶技术在神东矿区应用

针对神东矿区坚硬难垮顶板爆破强制放顶作业中存在的安全问题,引入了高压水预裂强制放顶技术。通过在神东矿区6个矿井10个采煤工作面的初采放顶工业应用,表明高压水预裂可增加和扩展顶板原生裂隙,弱化坚硬难垮顶板,消除初采期间采空区大面积悬顶;工作面矿压显现"温和",基本顶初次垮落步距缩短,不影响正常推采;较爆破强制放顶安全、经济、环保,每个工作面可节约费用约2~5万元。     

基于水力压裂法的补连塔矿初次放顶技术分析

针对神东补连塔煤矿顶板岩层厚度较大,强度不高,整体性好的基本特征,选取补连塔煤矿22309工作面作为水力压裂试验点,研究水力压裂对顶板岩层的弱化及初次放顶垮落的作用。基于空心包体应变测量技术,实时监测水力压裂工作面上方顶板内部应力状态,分析得到水力压裂工作面顶板压力的变化规律。现场监测表明,水力压裂法降低了顶板来压强度,也减弱了工作面超前支承压力的影响,水力压裂能使顶板及时垮落,其分层分次的特点减小了对采煤工作面的冲击,保证工作面安全回采,是一种有效而可行的采煤工作面初次放顶技术。     

水力压裂技术在回采面初次放顶中应用

龙王沟煤矿61610工作面初采期间顶板坚硬,采空区悬顶面积大,制约工作面安全回采。对工作面切巷顶板提出了高压水力压裂技术,通过水压致裂使工作面顶板软化、分割压裂,从而破坏顶煤顶板稳定性,降低岩体强度。实际应用效果表明：工作面顶板采用水力压裂技术后,工作面初采期间基本顶来压步距缩短了35.7 m,初采期间实现了基本顶充分垮落,达到了预期效果。