特厚煤层综放面初采水压预裂弱化顶板现场试验研究

针对坚硬顶板下特厚煤层综放工作面在初采阶段顶煤、顶板难以自行垮落造成的采空区悬顶面积大、漏风严重,以及悬顶突然大面积垮落带来的冲击力对设备和人员造成危害和初采期顶煤回收困难等问题,提出了初采水压预裂弱化顶板的技术方案,通过理论分析、数值计算和现场矿压监测等方法,对比实施水压预裂和未水压预裂综放工作面初次来压数据,分析了初采水压预裂对特厚煤层综放面坚硬顶板及时垮落的影响。结果表明,深孔水压预裂使61601综放面的老顶初次来压步距从61m缩短为50m,增加了煤炭回收率,改善了特厚煤层综放工作面初采期间的安全生产条件。     

水压致裂预防冲击地压的机理与试验

通过对水压致裂试验前后煤粉钻屑量、微震事件和煤体电磁辐射对比,发现水压致裂后,接近水压致裂段煤体的煤粉钻屑量减小非常明显,煤体电磁强度和脉冲数均明显下降,水压致裂过程中微震事件显著增多。结果表明：水力压裂能够有效降低煤岩冲击倾向性和煤岩体的强度,改变能量释放速度、形式以及支承压力的分布状态。     

穿层孔水压爆破法提高煤层透气性的研究

研究了峰峰矿务局牛儿庄矿开采2号大煤前、在野青底板巷道中向2号煤层打穿层钻孔进行水压爆破的工艺技术，分析了水压爆破致裂、传统水力压裂和传统爆破造缝各自的特点和水压爆破致裂煤体的机理，观测了爆破前、后钻孔瓦斯流量的变化和钻孔自然流量的衰减规律．试验结果表明，钻孔水压爆破可以有效地提高煤层的透气性，爆破前、后钻孔的自然流量提高3倍以上．     

硬厚煤层压裂节能与块煤分级控制机理及应用

采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,分析硬厚煤层综采面比能耗和煤块分布的规律,构建了降低硬煤截割比能耗、控制工作面块煤分布的水压致裂技术方法和途径。研究结果表明,煤层硬度、节理裂隙的发育程度是影响块煤制造和综采面比能耗的主要因素。研究了水平孔定向压裂煤体矿压—水压和破坏裂隙场演化规律,提出硬厚煤层水压致裂方法与工艺参数。通过对陕北浅埋煤层5m大采高综采面水压压裂的现场试验,煤机截割能耗降低了30%,块煤率提高了20%,煤尘平均降低了45%。     

“钻-切-压”定向水力压裂顶煤弱化技术应用研究

针对坚硬厚煤层综放开采条件下顶煤难冒放,安全可控性差的问题,提出了"钻-切-压"定向水力压裂顶煤弱化技术,并以榆神矿区神树畔煤矿为工程背景开展了现场试验,利用钻孔窥视、高频电磁波CT技术对压裂前、后顶煤体裂隙破裂及扩展状态进行了探测,统计分析了压裂前、后工作面顶煤回收率。工程实践结果表明,"钻-切-压"定向水力压裂顶煤弱化技术对顶煤裂隙的破裂及扩展效果显著,压裂后钻孔内顶煤裂隙发育比例增加23.5%,裂缝扩展贯通范围达到10m以上;致裂区域顶煤回收率得到明显改善,水压致裂段顶煤的日放煤量由3243t增至3433t,增加190t,提高5.5%;工作面顶煤回收率由66.16%增加至72.49%,较水压致裂前提高了6.33个百分点。该研究成果对坚硬难冒煤层综放开采回收率的提高具有重要的参考意义。     

急倾斜特厚煤层水平分段冲击矿压防治技术研究

为了揭示急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击矿压的致灾原因,以窑街三矿5521-21工作面为对象,针对工作面的地质条件和采掘条件,基于冲击动力来源,分析发现动静载荷叠加效应是5521-21工作面发生冲击矿压的关键。以此提出了通过煤体卸压爆破、底煤卸压爆破、煤体大直径钻孔卸压和顶板深孔预裂爆破等防治措施,通过检验取得了良好的防治效果。     

瓦斯在煤体水压致裂过程中的作用试验研究

为分析瓦斯对煤体水压致裂过程的影响,利用自制的含瓦斯煤水压致裂实验系统,开展了恒定流量下含瓦斯煤水压致裂实验,得到了煤体压裂形态及电阻率响应特征,并分析了瓦斯在压裂过程中的作用。结果表明,无瓦斯条件下煤体压裂形成的裂隙少而宽,随着瓦斯压力的增大,新生裂隙数目逐渐减少,而原生裂隙则逐渐被激活;瓦斯压力的增大提高了煤体的起裂压力;含瓦斯条件下电阻率曲线呈现两种形态,即新生裂隙较多时呈现增大型曲线,原生裂隙被大量激活时呈现减小型曲线。基于试验结果分析,瓦斯在水压致裂过程中的作用有两个,一是瓦斯压力增大了水压致裂阻力,提高了起裂压力;二是高压水驱气作用诱导高压水进入、激活了原生裂隙。     

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。     

煤层俯孔超前预裂注水技术在急斜坚硬特厚煤层水平分层轻型放顶煤工作面应用的探讨

根据王家山煤矿一、二号井急斜坚硬特厚煤层水平分层走向长臂轻型放顶煤工作面,回采过程中因煤质坚硬、煤层有冲击倾向性易于集聚弹性能等客观条件,导致回采过程中顶煤不宜放出、回采率低、坚硬煤体易生矿压显现等问题,进行了针对性技术方案研究,提出采用用煤层俯孔超前预裂注水技术,使其具有顶煤弱化破碎效果好、兼有煤体预裂卸压作用、省工省时便于操作等优点。     

架间定向水力压裂提高含夹矸巨厚煤层冒放性研究

为改善含厚硬夹矸难冒顶煤的冒放性,以芦子沟煤矿合层开采的巨厚煤层作为工程研究背景,基于弹性力学理论研究硬厚夹矸层的力学结构,得出了厚硬夹矸层"短悬臂梁"结构发生拉断失稳和剪切破断失稳条件下的判据公式,作为确定架间定向水力压裂致裂夹矸层分段切槽的依据。同时结合KZ54型开槽钻钻头特征,将夹矸层分段致裂长度定为0.8 m。研究结果表明:水力压裂水压曲线波动变化不大,表明裂缝持续向前扩展;致裂后煤矸块度减小,顶煤体顺利放出;3107工作面上端头顶煤致裂后支架工作阻力增加;架间定向水力压裂技术有利于改善顶煤冒放性。     

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。     

封闭型煤层裂隙地应力场控制水压致裂特性

对坚硬顶煤预裂中存在的问题，采用在地应力场控制下水力压裂的方法，研究了煤层地应力场控制参数。在此条件下对顶煤中封闭型裂隙扩展与地应力水平、水压作用的关系进行了宏、细观实际分析；依据能量原理，建立了裂隙煤体注水软化条件的物理判据表达式，给出了煤体表面能的测定方法。实例说明，通过本结果中水压致裂控制参数选择对改善顶煤采出率具有实际意义。     

水压爆破造缝提高煤层瓦斯抽放率技术

为了开采峰峰矿务局牛儿庄矿2#煤,在该矿野青底板巷道中向2#煤层打穿层钻孔进行水压爆破的工艺技术试验;分析了水压爆破致裂、传统水力压裂和传统爆破造缝各自的特点以及水压爆破致裂煤体的机理;观测了爆破前后钻孔瓦斯流量的变化和钻孔自然流量的衰减规律。试验结果表明钻孔水压爆破可以有效地提高煤层的透气性,爆破前后钻孔的自然流量提高3倍以上。     

液态CO_2深孔预裂对坚硬煤层回采块煤率的影响

通过对煤炭开采块煤率影响因素、超前预裂对煤体结构的影响进行理论分析,得出坚硬煤层煤体内部原生裂隙的密度、长度及其贯穿性对于回采块煤率影响巨大,同时运用液态CO_2深孔预裂技术,对于提高坚硬煤体裂隙发育水平增加煤炭回采块煤率在理论是可行的。     

煤岩体水力致裂理论及其工艺技术框架

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,水力致裂是实现煤岩体结构改造的有效途径.深入分析了煤岩体的结构与物理力学特性,煤岩体水力致裂的水压裂缝扩展及物理化学作用,在此基础上,提出了相应的水力致裂控制技术,并将其在煤矿中的应用进行了分析介绍.煤层的内部结构由裂缝-割理与层理-微裂隙-孔隙四级空间结构体系组成.煤层质软、瓦斯的吸附解吸效应、天然裂缝发育等因素导致煤岩体水力致裂变得复杂.煤岩体水力致裂通过水压主裂缝扩展、翼型分支裂纹扩展和吸水湿润作用,达到结构改造、强度弱化和增透等工程需要,针对不同工程3种作用的侧重点有所不同.提出了预先水力割缝定向致裂技术.提出了水力爆破致裂弱化与增透方法,在水压控制爆破后进行水力致裂,实验证明是一种增加水压裂缝数目和范围的有效方法.煤岩体水力致裂在煤矿中可以应用于坚硬顶板控制、坚硬顶煤的弱化、应力定向转移、局部集中应力解除、强度弱化减冲、含瓦斯煤层增透、煤与瓦斯突出的防治等,在实践中已取得显著功效.     

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%。     

水压爆破应力波传播及破煤岩机理实验研究

开展了水压爆破爆炸应力波传播及破煤机理实验研究,采用超动态应变测试系统对模拟煤体中产生的爆炸应变进行了采集分析,研究了水压爆破爆炸应力波在煤体中的传播,根据损伤破坏区域、裂纹形态等爆破效果,研究了水压爆破破煤机理,通过分析水、空气2种炮孔不耦合介质对煤体爆破作用的影响,对比证明了水压爆破煤体致裂效果明显。研究结果表明:煤体首先呈现塑性压缩破坏,在炮孔周围形成粉碎区,粉碎区半径约为炮孔半径的1.5倍;然后呈现脆性拉伸破裂,形成大范围裂隙区,裂隙区半径约为炮孔半径的13倍;最后应力波衰减为地震波,引起煤体质点产生弹性震动,形成爆破松动区。     

我国厚煤层开采方法的选择原则与发展现状

针对目前厚煤层开采方法的发展和应用现状,分析了大采高和放顶煤开采2种方法在技术和经济上的优越性及适用条件,对大采高存在的工作面煤壁片帮与设备下滑问题,以及放顶煤存在采出率低、瓦斯与煤自燃防治、坚硬顶煤的弱化等问题,提出了在开采技术上应该采取的有效措施.探讨了将来厚煤层开采技术的研究重点与采煤方法选择原则.重点从开采技术与工艺以及安全生产现状方面对厚煤层开采的三种方法进行了分析,指出了目前我国厚煤层开采现状及国家的技术政策,确定了厚煤层开采技术研究的重点和发展方向.     

同忻矿8106工作面坚硬顶板水压致裂技术研究实践

针对同忻矿8106工作面开采过程中坚硬顶板来压剧烈问题,提出了通过水压致裂对顶板强度进行弱化的方案。本文对水压致裂施工工艺流程进行了介绍,确定了水压致裂弱化顶板关键参数,在5106巷内进行了工业性试验,施工后顶板周期来压步距和强度都得到减小,巷道超前支护段内顶板基本无下沉,巷道变形量较小,支护效果良好,实现了工作面安全生产,该项研究对同等地质情况下坚硬顶板矿压控制有一定的参考借鉴意义。     

特大型矿井合理生产能力选择研究

 针对目前我国厚煤层开采方法的应用情况,分别指出了大采高、放顶煤和分层开采方法在技术和经济上的特点及发展现状,同时针对大采高存在的煤壁片帮与设备下滑问题,以及放顶煤存在回采率低、瓦斯与自燃危险防治、坚硬顶煤的弱化等提出了在开采技术上应该采取的一些有效措施。文章探讨了厚煤层开采技术的研究重点与采煤方法选择原则。文章重点从开采技术与工艺以及生产现状方面对厚煤层开采的三种方法进行了分析,同时根据目前我国厚煤层开采现状及国家的技术政策,确定了今后厚煤层开采技术研究的重点和发展方向。