坚硬顶板回采工作面水力压裂控顶技术研究

为了解决坚硬顶板回采工作面开采时面临的顶板垮落困难、垮落步距大、矿压显现明显等问题,根据6508回采工作面地质、开采条件采用水力压裂技术对顶板进行压裂,并对压裂后的顶板垮落、来压情况以及初次来压步距等进行分析。结果表明:水力压裂后的采面初次来压步距平均在44.5m,较采用预裂爆破技术来压步距缩短8m,同时避免预裂爆破带来的安全隐患大、爆破动压明显等问题,具有施工安全、工作量小、施工速度快、顶板控制效果显著等优点,可以有效解决坚硬顶板工作面顶板难垮落问题,为矿井实现高效开采创造良好条件。     

麻家梁矿14203-1综放工作面开采初期顶板弱化技术研究

综放开采具有煤层开采厚度大、产量高等优点,但是回采煤层顶板为坚硬岩层时,采面初期回采期间采空区顶板大面积悬空会给煤炭回采安全带来较大威胁。本文以预测麻家梁矿14203-1综放工作面初采来压步距在54 m左右为工程背景,提出通过水力压裂技术弱化顶板,理论计算得到顶板弱化高度18.48～30.8 m,在切眼内布置4种不同高度水力压裂钻孔,通过不同钻孔参数配合实现顶板方向15～25.5 m岩层压裂弱化。水力压裂后,采面初采期间顶板初次来压步距为31 m,矿压显现不明显,仅局部位置出现小范围片帮,片帮深度以及高度均在200、350 mm以内,瓦斯涌出无异常。     

成庄矿15号煤层坚硬难垮顶板定向水力压裂技术研究

为了有效解决成庄矿15号煤首采面坚硬顶板垮落困难的问题,提出定向水力压裂弱化顶板的施工方案。通过现场生产地质条件调研,确定最优的压裂钻孔布置参数。后期钻孔窥视结果表明:通过定向水力压裂施工有效弱化15号煤上覆坚硬顶板,正常情况下能保证岩层的稳定下,随着工作面回采煤层上覆坚硬岩层可实现分层垮落,保证工作面的安全回采。     

近距离煤层下位煤层顶板弱化处理技术

为了解决工作面初次来压垮落步距过大问题,针对平朔井工二矿11号煤层赋存情况及开采技术条件,通过利用基本顶固支岩梁力学模型,对该矿11号煤层首采工作面基本顶初次垮落步距进行了分析和计算,提出了在工作面开切眼中采用顶板深孔预裂爆破弱化的方法,减小工作面初次来压的垮落步距。现场矿压监测与分析结果表明,顶板经过弱化处理后初次来压步距仅为15.6 m,从而减小了采空区顶板悬露面积,有效防止了该工作面顶板大面积来压的发生,保证了近距离煤层开采中下位煤层首采工作面初采期间的安全回采。     

综采工作面坚硬顶板水力压裂技术

为解决回采工作面坚硬顶板悬露不垮的问题,结合凤凰山矿15号煤层XV4306综采工作面的实际情况,采用了定向水力压裂技术对工作面坚硬顶板进行弱化处理。经过对坚硬顶板的弱化处理,破坏了顶板的完整性,增加和扩展了顶板的原始裂隙,实现了回采期间工作面顶板顺利垮落,减小初次来压和周期来压步距,达到回采工作面安全生产的目的。     

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...     

大空间坚硬顶板地面压裂技术与应用

坚硬顶板强度高、破断步距大,矿压作用强烈,是煤矿顶板控制的一大难题,特别是特厚煤层开采条件时,因开采扰动范围广,大空间坚硬顶板破断失稳,造成采场矿压显现更加复杂、强烈。研究表明,坚硬顶板特厚煤层开采,高位厚硬岩层的破断失稳是造成采场强矿压的主要因素,但现有井下预裂技术无法控制。为此,提出了煤矿坚硬顶板地面压裂控制采场矿压的方法,开展了大型真三轴原位试件(2060 mm×1200 mm×1200 mm)水力压裂试验研究,揭示了水压裂缝扩展形态及压裂全过程试件应力应变演化规律;给出了地面压裂关键层位范围,综合工作面采位、压裂层位、覆岩应力及裂隙发育特征,建立了压裂位置确定的理论模型及选取准则;给出了压裂面积-流量-时间的关系模型,得到压裂面积随压裂时间、流量的变化关系;研发了水压裂缝井上下微震一体化联合监测技术,综合前述研究,形成了大空间坚硬顶板地面压裂控制技术体系,并进行了垂直井、水平井压裂工程实践。结果表明,地面压裂裂缝扩展范围大,垂直井分级压裂裂缝扩展长度达250,218 m,裂缝宽度30~120 m,水平井分段压裂裂缝扩展长度196~216 m,裂缝高度43~50 m,裂缝扩展均覆盖了工作面范围,穿透了压裂目标层。井下采场矿压监测表明,工作面开采至压裂裂缝扩展区内,支架阻力降低21%,煤壁片帮率减少23%,超前单体无任何弯曲折损现象,巷道围岩稳定,压裂控制效果好。可见,坚硬顶板地面压裂技术,可从源头杜绝采场强矿压的发生,探索了煤矿领域坚硬顶板控制的新途径,为解决类似由高位岩层、高位结构失稳引起的矿压灾害控制提供借鉴。     

游仙山煤矿工作面端头悬顶水力压裂技术及应用

针对游仙山煤矿顶板较坚硬,工作面端头悬顶难以垮落的问题,提出采用水力压裂技术对坚硬悬顶进行预裂切顶,保证工作面上下隅角及时垮落。研究表明：该技术通过对工作面端头坚硬顶板进行定向分段水力压裂,使悬顶岩层内裂隙发育程度增加,在工作面采动应力的作用下能够及时垮落。井下试验及矿压分析结果表明,采用该水力压裂技术后,工作面端头悬顶面积均保持在5 m²以下;另外,工作面端头的矿压显现也明显缓和,端头支架的工作阻力最大降低了26.6%,周期来压步距平均降低了28.4%,取得了良好的应用效果。     

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。     

水力压裂切顶卸压技术在煤峪口矿8712工作面的应用研究

为解决煤峪口矿11-12#合并煤层工作面末采阶段主回撤通道围岩破坏严重的问题,综合运用现场矿压监测、数值模拟及理论分析等方法,研究表明,11-12#合并煤层顶板为坚硬难垮顶板,超前支承压力影响导致主回撤通道变形严重,采用水力压裂切顶卸压技术能够有效的减小超前支承压力对主回撤通道的影响,依据8712工作面具体的开采技术条件设计水力压裂钻孔的参数,切顶后工作面末采期间,回撤通道回采帮未出现明显的矿压显现,顶底板移近量最大为67mm,煤柱帮位移量最大为46mm,主回撤通道围岩的稳定性良好,取得了良好的应用效果和经济效益。     

坚硬顶板水力压裂弱化技术应用

为有效改善坚硬顶板工作面来压强度,本文以寺河二号井煤矿1309工作面地质条件为基础,采用现场试验与监测等方法,对坚硬顶板水力压裂技术进行了应用,设计了切眼及顺槽巷道水力压裂钻孔参数,并在现场进行了实践。根据水力压裂后巷道顶板窥视结果与矿压显现结果,采用水力压裂技术后顶板压裂效果较好,初次来压步距减小21%,周期来压步距减小17%,水力压裂技术能实现弱化顶板的效果。     

坚硬顶板首采工作面初采阶段水力压裂综合治理技术研究

针对坚硬顶板条件下首采工作面初采期间顶板难以垮落问题，以巴拉素煤矿2102工作面为研究背景，采用理论分析及现场试验等方法，建立了工作面初次垮落力学结构模型，提出了“定向长钻孔+常规短钻孔”水力压裂综合弱化治理技术，揭示了基于“长钻+短钻”水力压裂技术的顶板弱化机理，综合评价了压裂后顶板弱化效果。研究表明：未进行压裂治理时，力学模型得到初次垮落步距为77 m,工作面合理水力压裂范围为垂直方向12.26～23.43 m,水平方向0～30.8 m。压裂施工过程中长钻孔最高压力达到26 MPa以上，短钻孔压裂最高压力达到52 MPa以上，均出现明显压降，降幅最大达到26 MPa。治理后工作面呈现“频繁小来压”矿压显现特征，水力压裂治理效果显著。通过“定向长钻孔+常规短钻孔”水力压裂综合弱化治理技术，保障了2102工作面初采期间安全回采，为类似条件工作面初采阶段强矿压灾害治理提供了可借鉴治理方法。     

定向水力压裂技术弱化坚硬顶板效果分析

凤凰山矿XV5302综采工作面直接顶为K2石灰岩,其厚度达8 m,属于坚硬难垮顶板。为了保障工作面初采期间,采空区顶板能够呈现分层分次垮落,避免顶板大面积垮落对工作面设备造成损坏及对人员造成伤害。在切眼安装设备前,在切眼内回采帮向推进方向进行顶板打钻,采用定向水力压裂技术对工作面坚硬难垮顶板进行定向压裂,来削弱顶板强度和整体稳定性。并在初采期间,在工作面内安装矿压监测仪器来监测顶板的压力状况,通过监测的顶板压力曲线分析定向水力压裂技术的应用效果。     

煤层坚硬顶板定向长孔水力压裂技术研究及应用

针对煤层顶板坚硬采空区大面积悬顶后突然垮落易引发强矿压动力灾害等问题，采用定向长钻孔分段水力压裂技术弱化煤层顶板，并在布尔台煤矿42108工作面进行现场应用，分别从压裂层位选择、压裂钻孔布置、定向钻孔施工、分段水力压力施工等方面论述了定向长钻孔水力压裂技术，现场结果表明，超前治理工作面中部坚硬顶板面积230.1万m²,压裂后顶板来压步距降低了20.83%～27.27%,动载系数较未压裂段降低了5.03%～10.32%,同时利用音频电透视方法对压裂效果检测，判识单个压裂段的弱化影响范围30 m左右，单个压裂钻场弱化影响范围为走向300 m,倾向230 m,实现了对整个工作面坚硬顶板区域性有效弱化治理。     

近距离煤层工作面坚硬顶板水力压裂应用研究

针对石圪台煤矿31306工作面3-1煤层上覆采空区厚坚硬顶板不能及时垮落,致使工作面矿压显现剧烈等问题,本文在31306工作面应用水力压裂方法,并通过理论计算,合理地设计了钻孔的施工参数和布设方案,确定最优钻孔布设位置为基本顶细粒砂岩中部即煤层顶板上20m处,钻孔参数为1#钻场共2个孔径96mm且单孔长度为260m~510m的钻孔。现场监测结果表明：第一段钻孔总压裂时间为64min,总注水量为34立方,共出现3次明显的破裂点,在实施水力压裂后,工作面顶板来压明显破降33次,单段孔形成多组大规模的联通裂隙,顶板整体性大幅度降低,工作面可顺利进入采空区,水力压裂有效地解决了31306工作面上覆采空区坚硬顶板悬顶、矿压显现剧烈等问题。     

工作面初采放顶关键岩层分段水力压裂控制方法

坚硬悬顶会造成采掘空间的冲击地压、煤与瓦斯突出或巷道大变形等强地压现象。水力压裂技术可在坚硬悬顶形成水压裂缝,促使悬顶断裂来解决这些难题。淮北矿业股份有限公司孙疃煤矿1019工作面主采10煤层,矿井为高瓦斯矿井,当基本顶初次来压时,大面积顶板断裂,容易将采空区瓦斯突然挤出,造成工作面瓦斯超限,带来一定的风险。而高效水力压裂顶板技术,可在顶板岩层中预先产生大量的水压裂缝,降低砂岩层的完整性,从而减小工作面的初次垮落步距,保证工作面安全生产。     

伊田煤业坚硬顶板水力压裂弱化技术研究

为解决伊田煤业2203工作面推进过程中坚硬顶板不易垮落、悬顶面积大进而引起矿压显现剧烈的问题,提出了分段水力压裂弱化顶板技术。通过数值模拟结合现场实际条件确定同一钻场内布置3个钻孔,且压裂裂缝半长应大于41.6 m,压裂时长应在30 min以上。实施分段水力压裂技术后,坚硬顶板能够及时垮落,且工作面来压前的平均支架循环末阻力降低了4.39%,周期来压时的平均支架循环末阻力降低了9.13%,动载系降低了12.8%。     

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。     

特厚煤层顶板超长钻孔水力压裂技术应用分析

针对特厚煤层开采过程中坚硬难垮落顶板,采用超长钻孔水力压裂技术对煤层上方坚硬岩层进行压裂,有效减低了上覆岩层顶板的整体强度,将厚度大、完整性强的顶板通过高压水的切割,最终达到大面积顶板弱化的目的。结果表明：①顶板超长钻孔水力压裂工程的实施对40205工作面煤层上方55～59m处的含砾粗砂岩和68m处有含砾粗砂岩进行了切割弱化,有效降低了煤层上方坚硬顶板的冲击势能;②通过ARAMIS M/E微震监测和ARES-5/E地音监测联合监测数据分析,在顶板水力压裂过程中,能量事件主要以“高频低能”状态存在,最高能量事件达到6.2×103J,未出现高能积聚顶板断裂现象;③高压水力压裂施工后,在工作面回采期间,单日总能量降低达到71.7%,岩体内部裂隙呈现出“网格状”分布结构。超长钻孔水力压裂技术的实施,有效减低了工作面开采过程中煤层上方顶板的冲击势能,为工作面推采提供了安全保障。     

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。