东沟煤矿143工作面端头悬顶水压预裂试验

针对新疆东沟煤矿低渗透高瓦斯B4-2煤层143综采面端头悬顶坚硬难垮、悬顶面积过大、上隅角瓦斯涌出异常等问题,开展了工作面端头悬顶水压预裂技术现场试验研究。试验表明:端头悬顶走向长度从27～30 m降为5～8 m,倾向宽度从10～15 m降为2～5 m;工作面上隅角瓦斯控制在0. 3%左右,达到安全管理要求。应用RFPA2D-Flow数值计算软件,建立了钻孔水压预裂模型,数值模拟表明:当注水压力达到24 MPa时,岩层开始起裂,随后压裂裂隙向岩体深部呈“十字”型扩展,在压裂结束后,裂隙延伸扩展长度可达到7～10 m左右;水压预裂影响范围半径可达10 m。     

2301工作面运输巷水压预裂卸压技术研究

为了提高漳村煤矿2301工作面运输巷的巷道稳定性,采用水压预裂卸压技术,通过分析工作面的围岩状况,设计钻孔、压裂参数,制定水压预裂工艺的实施方案,并对压裂效果进行监测.结果表明:水压预裂在28～36 m时达到23～25 MPa,在18～25 m时达到15 MPa,顶板岩石出现压裂,相邻钻孔出现反水现象,压裂效果良好.     

综采工作面硬岩夹矸层预裂破碎技术研究

针对综采工作面煤层内含有不稳定分布、呈现致密坚硬特性的不同厚度的夹矸层,煤层夹矸截割性不良,污染煤质的情况,通过夹矸力学实验分析了夹矸岩石力学性质,结果表明,使用CO_2水溶液对夹矸进行预裂更能明显地降低矸石强度。根据数值模拟结果,确定了压裂影响范围与钻孔的直径成正比,并提出小压力、大流量的合理预裂措施。最后,基于实验及模拟结果,针对不同矸石类型,进一步提出大面积坚硬夹矸分类预裂方法,并在现场生产中得到很好的应用效果。该技术研究为同类地质条件下的煤层高效开采提供了参考。     

水压预裂技术在综放工作面初采初放中的应用

以官地矿28418综放工作面初采初放期间顶板管理为研究对象,基于综采工作面回采期间矿压规律和坚硬岩体孔壁周围应力模型,进行了力学分析,提出水压预裂切顶卸压方案,对预裂参数、孔位布置等进行了设计,从压裂水压、钻孔窥视、施工期间现场反馈以及放顶效果4个方面对该技术效果进行分析.应用成果表明,采用水压预裂切顶卸压技术可安全高...     

五阳煤矿工作面运输巷水压预裂卸压应用实践

为提高五阳煤矿运输巷的稳定性,以7609工作面运输巷维护为实例,确定采用水压预裂卸压技术方案;详细设计水压预裂卸压钻孔参数,压裂参数;制定压裂工艺的实施方案,并对压裂效果进行了实地监测;实践验证,对顶板进行水压预裂可有效降低回采工作面对临巷的扰动影响,使巷道变形、底鼓量、原支护锚杆、锚索发生失效等现象较压裂前均有明显减少,减少巷道二次维护成本;通过定期收集、观察动态数据变化,以及煤柱受力大小来选取煤柱留设最佳宽度。     

陕蒙地区厚硬砂岩顶板定向水力压裂预割缝倾角优化及防冲实践

预割缝倾角是深孔顶板定向水压致裂重要施工技术参数之一。通过半圆盘试件3点弯(SCB)断裂力学试验以及水压致裂力学模型解析分析,研究预割缝倾角影响坚硬顶板在定向切槽诱导下水压致裂过程中的断裂特性。结果表明:水压裂纹的起裂方向明显受到预设裂纹倾角影响,但最大主应力对裂纹扩展方向起到控制作用。在地应力一定条件下,随着预割缝倾角增加,临界注水压力减小,Ⅰ型应力强度因子K_Ⅰ逐渐增加,Ⅱ型应力强度因子K_Ⅱ先增加后减小。为保证水压裂纹既受到较大的张拉作用,又能利用地应力的作用发生剪切扩展,K_Ⅱ达到最大值时的预割缝倾角被选为施工水力压裂参数取值。该参数设计被应用到巴彦高勒煤矿厚层砂岩顶板水压致裂工况,对比压裂过程中顶板的煤炮强度和频次以及压裂前后辅回撤通道附近的微震、应力变化,证明了设计参数下水压致裂裂隙范围有效的起到了防冲效果。     

同忻矿特厚煤层坚硬顶板水压致裂技术

介绍了水压致裂的力学机理及参数确定方法。依据同忻矿生产实际条件,确定了特厚煤层坚硬顶板致裂位置、注水压力、注水量、注水时间以及钻孔转角等参数,设计了钻孔布置方案。同忻矿8105工作面现场实践表明,通过水压致裂措施工作面周期来压步距减小了4.6 m,支架工作阻力降低了8.8%,取得了良好的应用效果。     

顶煤预制裂隙定向水力压裂研究

为改善厚硬顶煤冒放性和工作面作业环境,提出顶煤预制定向裂隙水力压裂技术。利用理论分析研究了定向压裂基本原理,分析了钻孔和裂隙的受力模型,得到裂隙的起裂条件、扩展过程及其形态。利用RFPA2D-Flow渗流软件研究顶煤定向压裂规律:在压裂起始阶段,定向裂隙尖端出现高应力集中现象,在钻孔和定向裂隙两面形成卸压区,且随着注水压力的增大逐渐扩大;钻孔和定向裂隙周围形成高水压区,且随着注水压力的增大逐渐扩大。压裂初期煤体发生剪切破坏,压裂后期出现大量拉伸破坏。定向裂隙倾角α介于0°~60°时,裂隙尖端首先起裂、扩展,然后发生转向;当倾角α=75°和α=90°时,裂隙沿最大水平主应力方向扩展。     

单向荷载下不耦合装药预裂爆破效果研究

为研究预裂爆破效果与不耦合系数及单向荷载的关系,以某矿新设回采工作面的现场试验为背景,简化地应力为竖直方向上的单向荷载,运用LS-DYNA软件对直径为73、89、94、104、130 mm的炮孔进行预裂爆破数值模拟,分析了预裂爆破裂隙扩展过程、单向荷载对裂隙扩展的影响、预裂效果与不耦合系数的关系。结果表明:在垂直于炮孔轴向的单向荷载作用下,爆破粉碎区和主裂隙长度不受其影响,对尖端裂隙可实现裂纹二次扩展;不耦合装药系数在1.14～2.03时,形成粉碎区所耗能量低于爆炸总能量的20%;综合炸药能量利用率和预裂效果,不耦合系数取1.63左右时,预裂效果最佳。     

西曲矿坚硬顶板水力预裂技术应用与研究

本文综合分析西曲矿18402工作面坚硬顶板实际情况之后,将水力预裂控制技术应用于工作面初采初放及回采期间,通过钻孔窥视的方式检验水力预裂现场应用效果,窥视结果显示水力预裂使得钻孔内出现显著的竖向导通裂隙,取得良好的经济技术效果,工作面在初采初放期间回采到约30m时,石灰岩顶板及时断裂垮落,并且在整个回采期间也未出现瓦斯超限警报的情况,有力地保证了工作面的安全高效回采,可以将水力预裂控制技术推广到矿井其他类似条件的8号煤层工作面当中。     

硬厚致灾岩层预裂爆破防冲参数优化及工程实践

针对彬长矿区某矿硬厚粗粒砂岩致灾层预裂爆破效果不佳的问题,采用数据分析、数值模拟及工程试验等方法研究了预裂爆破关键参数,模拟分析了岩石抗拉强度、炸药装药密度、不耦合系数及爆破孔间距对预裂爆破效果的影响,优化了针对粗粒砂岩层的爆破参数。结果表明：开展预裂爆破工程时,应当考虑爆破参数与岩层抗拉强度相适应,避免炸药能量浪费在破碎区、削弱裂隙区裂纹扩展尺度;较小炸药装药密度下,增大装药密度明显促进爆破裂纹扩展,而较大装药密度下促进作用不明显,易导致破碎区范围明显增大,浪费炸药能量;不耦合系数的最佳区间为1.42～1.58,此区间外裂纹扩展尺度较小,爆破效果不理想;增大炮孔间距,孔间裂纹贯通趋势减弱,爆破效果变差,较优的炮孔间距为10 m。优化了粗粒砂岩层的爆破参数,现场试验后工作面来压步距与支架阻力明显降低,大能量微震事件总能量与事件数占比显著降低,卸压效果较好。研究结果可为硬厚岩层预裂爆破参数设计提供参考。     

深孔顶板定向水压致裂防冲机理及 多参量效果检验

针对深孔顶板水压致裂防冲施工技术参数选择及效果检验的难题,通过理论分析和现场测试探讨了3种不同顶板定向水压致裂防治冲击地压的类型及机理,采用钻孔窥视、应力监测、微震监测等多种检测手段对比分析了压裂前后的防冲效果。研究得出根据深孔顶板水压预裂施工位置及工作面的对应关系,可将顶板水压致裂防冲分为防治煤柱冲击、防治工作面冲击和防治初末采期间工作面冲击3种类型,现场对比分析得出巷道双侧压裂卸压效果优于单侧压裂,顶板压裂促使微震事件向工作面中部转移,工作面周期来压步距和来压期间的动载系数降低,巷道变形量和锚杆(索)应力增量随工作面推进波动上升,但变化幅值和增长趋势明显小于未压裂段。此外,间隙性顶板水压致裂人为在高位顶板制造了空白卸压区,破坏了顶板连续变形和能量传递,工作面进出该区域往往易造成动压显现的发生,为此类工程条件下顶板定向水压致裂参数选取和防冲效果验证提供理论依据和工程指导。     

张家峁煤矿水压致裂初次放顶机理和效果分析研究

针对张家峁煤矿15209工作面开切眼推进过程中顶板初次垮落困难的问题,通过现场实测、理论分析、三维布孔模型,并结合5-2煤层顶板节理裂隙不发育,工作面煤层不稳定、夹矸多的具体情况,在保证煤壁和两巷顶帮稳定性的同时确定顶板水压致裂方案。为此,采取三维空间优化布孔方式,进行顶板水压致裂并贯通各钻孔之间裂隙进而破碎顶板。根据工作面顶板压力在线监测和煤壁、两帮变形等现场实测数据分析,方案应用效果良好。     

穿层钻孔定向水力压裂增透技术在杨庄煤矿的应用

杨庄煤矿为解决煤层透气性差、瓦斯抽采难度大和煤层有突出危险性的现状,分析水力压裂过程中煤岩体应力位移变化及注水结束后应力变化情况,获得裂隙在水压作用下的扩展发育规律和水力压裂的参数,发现水力压裂能形成较大区域的卸压区,并且能较大幅度提高煤层的透气性,减少瓦斯抽采难度。通过在一采区底板巷帮钻场施工上行穿层定向钻孔并实施水力压裂技术,使煤层裂隙进一步扩展发育,增加煤层含水量。经过考察表明水力压裂后,钻孔瓦斯抽采浓度、流量和钻孔的服务时间明显增加,消除了突出危险性,减少在后续的掘进和回采过程中粉尘浓度,达到瓦斯综合治理效果。     

张家峁煤矿水压致裂初次放顶机理和效果分析研究

针对张家峁煤矿15209工作面开切眼推进过程中顶板初次垮落困难的问题,通过现场实测、理论分析、三维布孔模型,并结合5-2煤层顶板节理裂隙不发育,工作面煤层不稳定、夹矸多的具体情况,在保证煤壁和两巷顶帮稳定性的同时确定顶板水压致裂方案。为此,采取三维空间优化布孔方式,进行顶板水压致裂并贯通各钻孔之间裂隙进而破碎顶板。根据工作面顶板压力在线监测和煤壁、两帮变形等现场实测数据分析,方案应用效果良好。     

突出煤层采煤工作面顺层钻孔水力压裂增透技术

为了解决采煤工作面顺层钻孔消突效果不均匀、效率较低等问题,以淮南地区谢桥煤矿低透气性煤层为试验对象,采用顺层钻孔水力压裂技术对煤层进行增透,以提高瓦斯治理效率。介绍了顺层钻孔区域防突措施设计方案,对水力压裂半径进行了考察;开展了水力压裂钻孔及瓦斯抽采钻孔设计,以及注水压力、注水量和保压时间等水力压裂工艺参数试验。水力压裂和未压裂顺层钻孔瓦斯抽采效果对比表明,水力压裂后钻孔抽采平均瓦斯浓度提高54%,平均单孔抽采瓦斯纯流量提高280%,抽采达标时间缩短了1个月;防突效果检验指标均达标,工作面回采期间未出现瓦斯浓度超限现象。     

特厚煤层综放工作面水压致裂技术研究

顶煤冒放性是决定特厚煤层综放工作面煤炭资源回收率和安全生产的关键因素,水压致裂则是提高顶煤冒放性的有效技术之一。以小庄煤矿40309工作面为研究对象,采用理论分析、理论计算,结合现场监测（钻孔窥视、微震和矿压监测）和现场调研,对特厚煤层综放工作面水压致裂技术的应用开展研究。研究结果表明：（1）顶煤大厚度夹矸和裂隙发育程度低导致工作面回采率低和端头长时间悬顶。（2）水压致裂能有效扩张煤（岩）体原生裂隙,破坏煤（岩）体结构;水压致裂提高了顶煤覆岩压力2.5%～6%,增加顶煤破碎程度;微震事件总能量和频次增加1.98倍和1.70倍。（3）采取水压致裂措施后,工作面端头悬顶时间缩短53.3%,工作面回采率增加1.9%。     

分段水力压裂技术提高煤层块煤率的试验研究

为了解决陕北侏罗纪厚硬煤层综采能耗大、块煤率低的问题,采用水力压裂造缝技术提高煤层开采的块煤率、降低煤尘。以陕北某国有煤矿为例,在矿区回采工作面进行水力压裂试验及分析,并对试验段和非试验段的块煤率、煤层截割比能耗、含水率和工作面粉尘浓度进行现场统计,得出:水力压裂技术在煤层中的起裂压力、时间及扩散半径等参数。通过回采试验区和非试验区的对比,得出采用水力致裂煤层后,采煤块煤率、工作面粉尘浓度具体的改善程度。研究表明,对煤层进行超前水压预裂,具有清洁高效、提高块煤率及降低煤尘等优点,采用分段水力压裂技术可大幅度提高单孔的造缝率,具有很好的推广价值。     

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。     

综采工作面砂岩夹矸层酸化压裂破碎机理

以榆林小保当矿区112201大采高工作面煤层砂岩夹矸层为研究对象,通过夹矸层砂岩物理力学化学性质综合性实验分析,提出了以微量CO2水合物为主的复配专用岩石酸化压裂方法。对高压CO2耦合溶液作用下砂岩中矿物溶蚀的物理化学机理进行研究,分析了高压酸化压裂引起的岩石微观结构变化共同作用下的岩层变形破坏特征及孔渗影响规律。结果显示:CO2水合物酸化专用压裂方法,对夹矸砂岩组成中方解石和白云石组分的影响显著,高岭石膨胀作用增强,压裂液溶蚀孔隙数量显著增多,孔径变大,综合孔隙度和渗透率均增大。通过开采验证,煤层夹矸层CO2耦合压裂破碎后,与正常回采区段及常规水压致裂区段相比,耦合压裂区段工作面回采率显著提高,同时节能降耗效果最为明显。