石灰岩顶板综采工作面水力压裂放顶技术实践

为了解决石灰岩顶板工作面来压步距大,进、回风隅角悬顶面积大,瓦斯易积聚的问题,通过在工作面切眼和两顺槽布置水力压裂钻孔,对工作面坚硬顶板进行高压致裂弱化顶板,并进行工业试验。结果表明:采用水力压裂治理顶板后,工作面老顶初次来压步距28.5周期来压步距13.8 m,进、回风隅角悬顶面积为4-8m2,坚硬顶板得到有效弱化。     

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。     

综放工作面回风隅角悬顶水力压裂治理技术

为了解决小峪矿综放工作面回风隅角顶板难垮落,易形成瓦斯积聚的问题,采用水力压裂技术,在5206回风顺槽施工压裂钻孔,对巷道顶板进行预裂处理后,工作面回风隅角顶板能够分层分次逐渐垮落,回风隅角悬顶面积显著减小,悬顶面积最大为4.5 m~2,解决了因悬顶面积大导致瓦斯积聚超限的难题。     

大采高综采面端头大面积悬顶处理方法探讨

结合大柳塔煤矿52505综采面回采期间两端头顶板三角区大面积悬顶的成因机理,对比分析了退锚、超深孔爆破预裂和高压水力预裂3种治理方案的利弊,结果表明,采用水力预裂效果最好,爆破预裂次之,退锚仅做为一种弱化顶板的辅助方法。通过对综采工作面三角区悬顶钻孔进行高压注水弱化顶板岩层而使其全部垮落,已取得成效。若采用高压水力预裂技术再辅以退锚技术,悬顶垮落效果将会明显提高。     

水压致裂切顶卸压在治理临空巷道动压变形的应用

针对坚硬顶板综放工作面邻面采空区侧向压力和本工作面超前压力对临空巷造成矿压显现的问题,在临空巷施工钻孔进行水力致裂临空侧坚硬悬板,通过预先切断和弱化顶板,使悬板及时垮落,减弱侧向压力对巷道的影响,达到弱化矿压显现的目的。现场试验表明,通过水压致裂切顶卸压实施,临空巷道变形得到了有效控制。     

坚硬顶板巷道水力压裂切顶卸压一体化控制技术

鉴于工作面坚硬顶板导致端头悬顶面积大影响回采安全以及邻近工作面巷道矿压显现的问题,马兰矿进行了高效水力压裂切顶卸压技术的研究,分析了坚硬顶板水力压裂切顶卸压控制思路、工艺原理及钻孔布置方式对压裂效果的影响,提出了采用"低位致裂+高位弱化"水力压裂卸压技术,实现坚硬顶板的高效预裂,有效解决了坚硬顶板工作面端头悬顶及邻近工作面巷道强采动应力引起的巷道片帮、底鼓问题。     

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。     

煤层水力致裂对岩移的影响规律研究及应用

采用物理模拟试验研究煤层水力致裂对顶板破裂失稳的影响,物理模拟试验表明:煤层水力致裂后,直接顶台阶悬露的长度短于未煤层水力致裂时,压裂后直接顶较为破碎,没有强烈的顶板来压;压裂后,提前了老顶周期性破断失稳,缩短了老顶破断步距,弱化了坚硬顶板以缓解冲击矿压。在大阳煤矿进行了现场压裂试验,现场试验结果表明:压裂后顶板来压步距减少23.24%,改善了顶煤冒放性,减少了顶煤由于破碎不充分放煤形成拱结构,提高了工作面采出率,对煤层水力致裂弱化顶煤(板)具有重要的参考价值。     

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。     

割缝钻孔水压致裂增透过程的数值模拟

利用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统RFPA2D-Flow,对比分析了单孔和割缝钻孔水力压裂失稳破裂过程。结果表明:割缝钻孔预制缝槽转移集中应力达到卸压效果,诱导高压水流沿缝槽形成主裂隙向外扩展,有效削弱煤岩的强度和整体性达到水压致裂增透的效果;水压致裂裂隙路径的粗糙度和不规则展布受围岩非均匀性的影响十分显著。