井工矿坚硬顶煤顶板控制方法的技术经济分析

采煤工作面坚硬顶板(煤)不能及时垮落,导致围岩控制与安全保障等一系列问题。传统处理坚硬顶板(煤)的方法是炸药爆破,近年来对水力致裂、二氧化碳相变致裂、静力膨胀剂等坚硬顶板(煤)控制的新方法也进行了研究和探索。本文从能量控制的角度出发,根据固定钻孔中破岩能量是否恒定,将炸药爆破、二氧化碳相变致裂和静力膨胀剂划分为定能量破岩方式,将水力致裂划分为变能量破岩方式,通过对比各种顶板(煤)控制方法的作用范围和经济性,得出水力致裂的作用范围和经济性优于炸药爆破,炸药爆破的作用范围和经济性优于二氧化碳相变致裂。水力致裂在安全性、单孔作用范围、施工便捷性和经济性等多个方面均具有明显优势,对于井工矿坚硬顶板(煤)来说,水力致裂控制技术是今后的发展方向。     

坚硬顶板下综采面回采初期水力致裂控制技术应用

为防止回采初期坚硬顶板诱发的动力灾害,以米山煤矿15112综采面顶板赋存K2石灰岩坚硬顶板为工程背景,提出采用坚硬顶板水力致裂技术控制顶板岩层,介绍了坚硬顶板水力致裂技术基本原理,设计坚硬顶板水力致裂技术与参数。现场应用后,定向钻孔水力致裂效果明显,工作面来压步距和强度明显降低,表明了坚硬顶板下综采面回采初期水力致裂控制技术的优越性和合理性。     

大同矿区回采巷道顶板预裂技术应用效果探究

针对目前大同矿区回采巷道受坚硬顶板影响围岩控制困难的问题,采用理论分析的手段研究了巷道顶板预裂原理,通过探究定向聚能爆破顶板预裂切缝技术、水力切割切顶卸压技术和二氧化碳致裂技术的技术特征以及在大同矿区回采巷道的应用效果,得出水力切割切顶卸压技术是可在矿区内广泛推广应用的技术手段.     

寺河煤矿薄煤层综采面坚硬顶板控制技术研究

为避免开采初期工作面出现大面积悬顶,威胁井下人员、设备安全,以寺河煤矿94316综采工作面坚硬顶板为工程背景,比较分析深孔预裂爆破和定向水压致裂两种顶板劣化技术的机理和使用条件,确定采用水压致裂对工作面顶板进行劣化,并设计了实施方案和工艺。水压致裂施工完成后,支架工作阻力和顶板来压步距均大幅降低,表明采用定向水压致裂方式对坚硬顶板劣化效果显著。     

水压致裂技术在综采工作面顶板管理中应用

针对大同矿区坚硬顶板难以垮落,威胁工作面安全生产的现状。在燕子山煤矿8403工作面实施水压致裂技术控制顶板,通过现场观测、钻孔窥视、工程类比等方法对水压致裂控制顶板效果进行了研究。结果表明:对顶板实施水压致裂技术后,顶板预先断裂,在岩体内部形成了纵横相间的裂隙,致使岩体完整性受到破坏,在工作面回采过程中提前垮落;通过对8401与8403工作面初次来压步距对比,实施水压致裂技术较深孔预裂爆破技术工作面初次来压步距缩短了10 m,实现了对坚硬顶板岩层的充分弱化,保证了初采期间顶板的及时冒落,消除了坚硬老顶初次破断冲击的安全隐患。     

水力致裂技术在处理坚硬顶板中的试验研究

坚硬顶板工作面若顶板不能及时垮落,会在采空区上方形成大面积悬顶,对人员、巷道和设备会形成严重的威胁。以15306坚硬顶板工作面为试验对象,通过合理确定水力致裂弱化顶板方案和注水工艺,实施了水力致裂弱化顶板试验。试验结果显示,有效弱化了15306工作面顶板,其有效致裂半径达12 m ,对于消除大面积悬顶,保证工作面安全回采具有重要的意义。     

顶板钻孔割缝导向水压裂缝扩展的现场试验

在坚硬顶板定向水力致裂原理性试验成功的基础上,在综采工作面端头超前支护段内进行了坚硬顶板钻孔预割缝定向水力致裂的半工业性试验,分析钻孔割缝对引导水压裂缝扩展的作用。大同塔山煤矿8102工作面试验结果表明,钻孔孔壁水压裂缝沿预割缝槽优先起裂,预开槽对坚硬顶板水力致裂的起裂起到了定向作用。水压裂缝定向起裂后,受地应力场等综合影响,水压裂缝会出现空间转向。采动影响会改变致裂钻孔周围的应力分布,进而影响裂缝的定向扩展效果;因此,坚硬顶板定向水力致裂应考虑采动应力影响,注意与采动的协调配合。定向水压裂缝可穿岩层间层面扩展。钻孔预割缝定向水力致裂的实质是通过预割缝来控制裂缝的定向起裂,引导裂缝的扩展方向;并配合地应力、采动应力、致裂工艺等使导向裂缝尽量满足工程要求。     

水力致裂弱化坚硬顶板保护邻空巷道现场试验

针对马脊梁矿邻空侧巷道围岩变形量较大、矿压显现剧烈等问题,进行水力致裂弱化坚硬顶板的工业性试验。通过有无切顶试验对比,观测监测孔及钻孔应力计压力波动情况,分析了坚硬顶板水力致裂的效能。研究结果表明:通过对坚硬顶板进行切槽,可有效弱化顶板岩层,降低工作面应力集中。现场工业性试验验证了水力致裂的可靠性,治理邻空侧巷道矿压显现效果显著,不仅实现了8103工作面的正常回采,也为该矿提供了一项降低邻空侧巷道围岩应力集中的措施。     

水压致裂坚硬顶板在“双系”煤层中的应用

水压致裂坚硬顶板适用于煤层顶板为2 m~3 m厚的坚硬中、粗砂岩,避免了常规炸药爆破带来的潜在威胁,安全可靠,致裂效果好,使裂缝的扩展在时间和空间上更具均匀性和充分性,具有广泛的实用性。     

定向水力致裂对煤层顶板三向应力的影响研究

煤层顶板水力致裂是处理坚硬顶板和防治冲击地压的重要技术手段之一,为了研究水力致裂技术对煤层顶板三向应力的影响,通过现场开展煤层顶板定向水力致裂试验,采用光纤光栅三向应力传感器得到了致裂前后顶板岩层的三向应力。结果表明：水力致裂之后,监测断面处顶板岩层三个主应力均有所降低,最大降幅约为20%,而主应力方向变化很小|在工作面坐标系下,致裂部位处各应力分量的降幅受致裂面方位的影响。顶板水力致裂能够显著降低或者转移顶板岩层三向应力,对致裂部位具有良好的卸压效果。研究成果可为现场水力致裂钻孔布置提供参考,并可用于冲击地压防治研究。