大采高工作面二次动压巷道水力压裂切顶卸压技术研究

为了解决大采高工作面二次动压巷道围岩变形破坏严重问题,以小保当一号煤矿112202工作面回风顺槽为工程背景,从应力角度分析得出巷道围岩破坏的原因,主要为上区段工作面侧向应力和本区段工作面超前支承应力叠加造成;分析了水力压裂切顶卸压作用机理,即通过压裂使顶板岩层产生裂缝,降低其整体强度和完整性,阻断采空区应力传递路径,减小回采时巷道悬顶距;提出了二次动压巷道超前水力压裂方案,水力压裂切顶卸压现场试验结果表明,压裂段顶底板移近量相对未压裂段降低约54.3%,两帮移近量降低约51.1%,压裂段煤体应力相比未压裂段降低了50%以上。研究成果在现场工程的成功应用表明水力压裂切顶卸压技术能够明显改善大采高工作面二次动压巷道应力环境,增强围岩稳定程度。     

动压影响巷道水力压裂切顶卸压技术研究

针对沿空留巷煤柱靠采空区侧悬顶造成保留巷道变量大、控制困难问题,提出水力压裂切顶卸压技术。以长平煤矿Ⅲ4321工作面为研究背景,模拟了动压影响巷道水力压裂切顶卸压全过程,获得了水力压裂和工作面回采中煤岩层的弹性模量、损伤场和应力场分布规律,揭示了水力压裂的切顶卸压规律。并进行了动压巷道水力压裂切顶卸压现场应用,结果表明：采取水力压裂切顶卸压措施后,受动压影响的Ⅲ43212巷两帮最大移近量和顶底板移近量分别降低了60.01%、63.32%,有效控制了动压影响巷道围岩变形,为类似条件下动压影响巷道围岩变形控制提供了借鉴。     

回采顺槽巷道超前水力压裂切顶技术及其应用

针对部分回采工作面顺槽巷道受相邻采空区动压影响,造成回采时超前影响段变形大、超前维护量大的问题,个别回采面甚至不得不提前结束回采。为探索该类巷道的治理办法,结合已有研究和工程实践,提出采用超前水力压裂切顶卸压的技术,减弱本工作面回采期间的超前支承压力,试验结果表明,通过回采顺槽超前水力压裂切顶卸压技术研究的使用,使顺槽巷道超前影响段变形有所减小,对比卸压段和相邻的未卸压段,巷道变形大幅减小,底鼓减小50%,两帮移近减小40%,有效降低了回采顺槽巷道超前支护的管理难度。     

泵流量对纵向切槽水力压裂裂缝偏转距的影响

水力压裂技术近年来越来越多地被应用于强烈动压巷道的卸压工程中,水力压裂卸压的核心是如何人为控制水力裂缝的开裂、扩展方向及路径。将裂缝起裂点与裂缝扩展路径上与切槽方向呈1/2切槽角度的点之间的连线长度定义为裂缝偏转距,并作为试验重点考察指标。采用真三轴物理试验的方法,对尺寸为300 mm×300 mm×300 mm的预留钻孔和纵向切槽水泥试块水力压裂过程中不同泵流量对裂缝偏转距的影响规律进行了详细研究。研究结果表明:纵向切槽水力压裂裂缝首先沿切槽方向起裂,在扩展的过程中逐渐转向最大主应力方向;裂缝呈S型非对称形态,裂缝较为单一,无复杂微裂隙产生,裂缝在横向扩展的同时沿纵向扩展且扩展过程中无较大偏转。压裂过程明显呈现3个阶段性特征:初次起裂阶段、裂缝持续扩展阶段和裂隙贯通阶段;随着泵流量的增加,起裂压力略有增高,压裂时间明显缩短。在水平应力比为1.5条件下,泵流量由0.5 mL/s增加到1.0 mL/s,裂缝偏转距增加了54.9%;泵流量由1.0 mL/s增加到1.5 mL/s,裂缝偏转距增加了16.7%;随着泵流量的增加,裂缝偏转距明显增大,增大趋势呈半抛物线特征。水平应力比为2.0条件...     

水力预裂超前切顶卸压治理巷道动压技术

针对腾晖煤业105回采工作面回风隅角悬顶面积过大以及巷道超前段动压显著的技术难题,进行了水力预裂切顶卸压治理巷道动压技术。经水力压裂卸压后,留巷顶底板移近量降低51.50%,两帮移近量降低36.19%,有效地释放了动压应力,减缓了两巷的动压影响程度。     

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。     

动压巷道水力压裂切顶卸压技术研究与应用

针对晋城矿区动压巷道多、服务周期长、服务期间受多次强烈采动影响等特点带来的围岩控制难题,以王坡煤矿典型动压巷道为工程背景,通过现场地应力与围岩强度实测,分析了复用巷道围岩变形破坏的原因,通过分析诱发巷道围岩变形的主要力源,揭示了水力压裂切顶卸压维护复用巷道围岩稳定的作用机理。利用理论计算确定了合理压裂层位高度及相关参数,制定了水力压裂卸压技术方案,并成功应用于井下试验。现场应用效果表明,水力压裂卸压技术有效缩短了工作面悬顶、降低周期来压步距,同时减小来压时动压系数;显著降低了支架所受顶板压力。压裂段巷道顶板移近量减少了55.7%,采动影响范围明显减小,水力压裂能够极大减小复用巷道围岩的收敛量与收敛速度的同时在远场上形成了应力缓冲区,缓解了复用巷道的高应力状态,起到了良好的卸压效果,维护了巷道围岩的相对稳定。     

纵向切槽水力压裂裂缝偏转规律研究

纵向切槽水力压裂作为一项强烈动压巷道切顶卸压技术,核心是控制裂缝开裂以及扩展方向,然而裂缝在定向起裂后通常受最大主应力的影响而发生偏转,裂缝的扩展方向与地应力条件、切槽角度、泵流量以及岩石力学性质等多种因素有关。对纵向切槽水力压裂多因素影响下的裂缝偏转规律展开研究,为纵向切槽水力压裂钻孔施工设计提供1种借鉴方法。采用ABAQUS软件中的XFEM模块,建立纵向切槽水力压裂二维模型,通过与前期纵向切槽水力压裂物理试验结果对比,实现了数值模型可行性验证,进而建立大尺寸纵向切槽水力压裂模型对煤矿顶板砂岩条件下的纵向切槽水力压裂裂缝偏转规律展开了详细研究。结果表明:水平应力比为重要的裂缝偏转距影响因素,在垂直主应力为10 MPa,最小水平主应力为6 MPa,水平应力比由1.5增加到3.5过程中,裂缝偏转距先后减小55.3%、56.9%和41%;切槽角度对裂缝扩展路径影响较大,对裂缝偏转距影响相对较小;水平应力比为1.5与2.0两种条件下,泵流量由30 L/min增加到180 L/min过程中,裂缝偏转距不断增大,且具有较大增长幅度,在水平应力比为2.5条件下,裂缝偏转距的增长幅度明显减弱;水平应...     

小保当矿强动压巷道切顶卸压-强帮护顶协同控制技术研究

针对小保当矿112202工作面回风顺槽受二次采动影响变形量大现状,采用理论计算及现场测试方法,分析了112202工作面回风顺槽煤(岩)赋存条件及破坏机制,测试了围岩力学性质,研究了工作面端头超前巷道切顶卸压-强帮护顶协同控制技术,制定了切顶卸压水压致裂及强动压巷道强帮护顶支护方案,并进行了工业试验。通过对弧形三角板水力压裂效果及巷道围岩矿压观测,表明切顶卸压-强帮护顶协同控制技术可有效控制强动压强顶弱帮巷道围岩变形破坏,保证工作面安全高效生产。     

上社煤矿15310工作面坚硬顶板水力压裂技术研究与应用

为解决15310工作面进风巷端头悬顶过长、围岩变形量大的问题,通过分析水力切顶卸压技术原理及施工工艺,进行水力卸压钻孔设计,并在压裂方案实施后进行巷道围岩变形量及巷道端头悬顶长度的观测分析.结果表明:水力切顶卸压方案实施后,工作面回采期间围岩变形量较小,巷道端头悬顶长度在合理范围内,无悬顶过长现象出现,为工作面的安全回...     

煤矿水力压裂切顶卸压技术研究

为了改善留巷的应力状态,降低巷道维护难度,保证矿井安全生产,以煤矿实际巷道工程概况为基础,分析了水力压裂切顶卸压前后的应力分布,研究了试验机具与设备,设计了压裂参数及水力压裂切顶技术施工工艺,并分析了水力压裂切顶技的安全技术措施。研究为类似矿井地质条件的巷道切顶卸压提供了借鉴。     

李雅庄煤矿水力压裂切顶技术应用研究

针对李雅庄煤矿工作面上隅角悬顶面积过大以及巷道超前段动压显著等技术难题,采用水力压裂切顶技术,使顶板岩层产生裂隙,破坏顶板岩层完整性,工作面回采后上隅角能够及时垮落,减小悬顶面积。工程实践表明,通过在工作面2-6112巷上隅角顶板应用水力压裂切顶试验,实现了上隅角顶板的及时垮落且周期来压步距缩短在10 m内,上隅角的悬顶面积小于10 m²。从而转移了顶板应力,减弱了两巷超前动压,最终实现了顶板卸压,保障了李雅庄煤矿的安全生产。     

冲击地压矿井水射流联合水力压裂宽煤柱卸压技术研究

针对冲击地压矿井宽煤柱会积聚大量弹性能从而容易引起地压灾害事故的问题，基于理论分析和现场试验，对葫芦素煤矿21103工作面区段煤柱进行了“钻-切-压”一体化卸压技术研究，通过布置钻孔进行射流切缝和压裂对区段煤柱弱化卸压，增大了区段煤柱内塑性区宽度，减少了弹性能量积聚，同时为减少煤柱卸压对巷道支护产生的负面影响，在21103工作面临空回风巷进行了定向水力压裂切顶，减少了侧向采空区悬露顶板向区段煤柱上的应力传递。“钻-切-压”一体化卸压技术与定向水力压裂切顶技术的联合应用，在21103工作面临空回风巷内取得了良好的实践效果，解决了区段煤柱内塑性区宽度增加同时对巷道支护不利这一矛盾。     

缓倾斜厚煤层回采巷道水力压裂卸压技术应用研究

针对缓倾斜厚煤层回采巷道受采动影响大变形问题,选取枣泉煤矿140204工作面13、14采区胶带大巷为研究对象,研究了缓倾斜厚煤层回采巷道顶板水力压裂卸压技术。现场调查研究了二煤层临近工作面运输巷变形破坏特征与原因,分析了二煤层140204运输巷工程地质条件,并设计了回采巷道顶板水力压裂卸压对13、14采区胶带大巷护巷方案,提出了“顶板水力压裂卸压”回采巷道围岩控制稳定方法并付诸于实践,工程实践证明卸压效果良好,巷道围岩保持正常使用。     

斜沟煤矿迎采掘巷水力压裂切顶卸压技术研究

本文针对斜沟煤矿迎采掘巷围岩控制难题,采用水力压裂切顶卸压技术弱化回采工作面18104材料巷顶板,通过钻孔窥视检验得出钻孔内具有显著的竖向裂隙带,可实现工作面回采当中及时切断基本顶,进而保证迎采掘进巷道围岩的稳定性。     

掘进工作面顶板水力压裂防灾技术应用研究

高瓦斯、高地应力掘进工作面顶板围岩动力现象频繁出现，严重制约了矿井安全生产。为防止煤岩动力灾害事故发生，五阳煤矿采用水力压裂技术开展掘进工作面顶板围岩卸压增透试验，以减小巷道上方应力效应、预先释放顶板瓦斯。利用瞬变电磁仪检测煤层裂隙电阻率变化以表征顶板水力压裂试验开展情况，通过对比顶板水力压裂前后工作面瓦斯浓度、煤炮响应次数及微震事件，研究顶板水力压裂技术的防灾效果。研究表明，煤层电阻率受顶板水力压裂效果影响巨大，同时压裂防灾效果明显，施工前后各项指标均有明显降低，瓦斯浓度降低40%，煤炮响应次数减小85%，微震事件减小76%。     

工作面坚硬顶板水力压裂对采动应力影响的数值模拟研究

为研究近距离坚硬顶板巷道水力控顶理论,通过理论分析和数值模拟研究了水力化控顶卸压时煤层载荷、巷道应力分布规律,揭示了水力化控顶卸压对巷道围岩稳定性的影响机制,阐明了该技术的工艺流程。研究结果表明：81403回风巷道未开掘时,工作面周期来压步距19 m,直接顶厚度4.84 m,基本顶厚度10.64 m,内应力区范围5.2 m;远离81401采空区侧的15^#煤层荷载与巷道开掘和单向切顶后相比分别降低了20%、15%;现场观测切顶钻孔试验区域巷道高度收敛率为33.7%、巷道宽度收敛率为23.0%,巷道高度收敛率较对比区域降低39%、宽度收敛率较对比区域降低32%。采用单侧高压磨料射流钻孔切顶能使顶板岩层及时垮落,切断顶板岩层间应力传递途径,能有效改善巷道围岩应力状态,减少工作面回采巷道后期顶底板及两帮变形量,降低巷道维护难度。

     

切顶卸压沿空留巷施工方案优化研究

以2901运输巷为例,对切顶卸压沿空留巷施工方案进行优化,基于2901运输巷工程概况,优化了切顶卸压沿空留巷支护技术,主要为顶板补强及切顶卸压锚索加固技术、巷道临时支护设计及巷旁挡矸支护设计,设计了顶板预裂切缝方案,主要为预裂切缝孔深、双向聚能爆破预裂技术及爆破预裂切缝施工工艺等,并进行了现场巷道围岩监测。研究结果表明,优化后的切顶卸压沿空留巷施工方案可有效指导矿井安全生产。     

祥升煤矿3301工作面切顶卸压无煤柱开采技术

为了减轻工作面回采过程中巷道支护的压力,祥升煤矿3301工作面采用了顺槽切顶卸压无煤柱沿空留巷技术。通过经验法确定巷道切顶参数,采用钻孔爆破法施工。考虑到爆破会对巷道的稳定性有影响,对巷道分段进行了加强支护。现场实践结果表明,在切顶卸压后巷道的支护更加容易,可节约支护成本约为542元/m。