迎采沿空巷道切顶防冲护巷技术研究

针对张双楼煤矿深部迎采沿空掘进巷道受采动影响变形与冲击地压双重威胁问题,研究了迎采沿空巷道切顶防冲护巷技术,以张双楼煤矿92608迎采沿空掘进工作面为工程背景,基于关键层理论分析了坚硬顶板破断线位置对相邻巷道稳定性的影响,确定了当92606工作面基本顶的切顶线位于煤柱边缘时,护巷与防冲效果最佳。模拟研究了不同装药直径下应力峰值分布情况,爆破后应力以指数函数形式快速衰减,致裂范围与装药直径呈幂函数正相关关系,以顶板岩石抗拉强度为指标值,确定了爆破切顶的最优爆破技术参数。现场实施与巷道围岩变形监测结果表明:当爆破孔直径为42 mm、间距在0.5～1.0 m、孔深在6～8 m、装药2 kg时,能够有效减小工作面下隅角悬顶长度和迎采巷道围岩变形,并极大地降低了工作面与迎采沿空巷道的冲击危险性。该技术现场应用效果显著,为深部冲击地压危险区域迎采沿空巷道围岩控制提供了借鉴。     

强冲击危险工作面停采线优化及防冲方案研究

通过对张双楼煤矿-1 000 m西一采区相邻工作面停采线与上山巷道关系的研究,分析工作面回采对上山巷道的影响,结合9424工作面实际情况,确定9424工作面停采线距邻上山巷道不得小于100 m。同时制定工作面在推过上层停采线、揭露大断层以及对邻上山所采取的防冲方案,对本工作面即将要影响到的巷道分别制定了具体的方案,为类似工作面回采提供了相关依据。     

济三煤矿深孔定向水力致裂防冲技术

煤矿坚硬顶板是诱发冲击矿压的重要因素,在系统分析了济三煤矿两起典型冲击矿压发生特点的基础上,指出了济三煤矿矿压特点为坚硬顶板型冲击矿压.针对目前治理坚硬顶板技术还存在明显不足的情况,在引进波兰定向水力装备的基础上,开发了适合济三煤矿条件下的深孔定向水力致裂防冲技术.通过改进供液与送管工艺,实现了此技术的自动化与孔深限制,极大地拓展了技术的效率与安全性.在63下05与53下 07工作面进行了垂直分层与倾斜切断顶板应用,最大孔深达到了20 m,致裂半径10m以上.钻屑法监测结果显示,致裂顶板区域,钻屑量较致裂前明显减少,并均低于临界值.     

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。     

张双楼煤矿-1000东一采区9119工作面防冲技术与实践

张双楼煤矿-1000东一采区9119工作面为防冲开采的孤岛工作面。通过对9119工作面切眼采取顶板预裂爆破、见方顶板爆破、帮部钻孔卸压、煤层注水等防冲卸压措施,并加强冲击危险性监测和个体防护,实现了安全生产。     

坚硬顶板高压定向水力致裂现场试验研究

为了削弱宽沟煤矿B_(4-1)煤上方坚硬岩石的整体结构,降低岩石强度,实现减弱可能发生或潜在的冲击危险的目的,通过理论分析确定了高压水力致裂的主要参数,包括B4-1煤上方坚硬岩层致裂的层位、致裂位置及致裂压力,开展了现场高压定向水力致裂技术试验研究。研究表明,宽沟煤矿B_(4-1)煤上方粉砂岩的致裂压力为28.3~29.6 MPa,试验实现了致裂半径5~7m以上;煤层上方细砂岩、中砂岩的致裂压力为42.7~43 MPa,致裂半径为2~5 m,现场试验表明高压定向水力致裂能够有效降低坚硬顶板的强度和整体性厚度。     

采空区侧巷道变形的定向水力致裂控制及应用

针对某矿7521工作面材料道受采空侧悬顶挤压的问题,通过理论分析、数值模拟、现场变形量监测,分析了不同长度悬顶对巷道变形的影响、定向水力致裂技术对切断悬顶的作用,对比了致裂区域与非致裂区域变形量。结果表明:悬顶的长度越长,巷道变形量越大;定向水力致裂通过改变周期来压步距,达到切断悬顶的目的;巷道变形量降低了40%左右。     

坚硬顶板工作面初次放顶水力致裂控制技术

为了使坚硬顶板能够及时垮落,采用定向水力致裂技术,得出定向水力致裂的水压裂缝扩展半径为10 m以上,最大扩展达到30 m,可成功致裂坚硬老顶;采用定向水力致裂技术后,工作面推进40 m位置,工作面垮落面积达到70%;工作面推进至45 m位置,工作面完全垮落。水力致裂前后工作面初次垮落步距由原先的68 m减小至45 m,有效改善了坚硬顶板的初次垮落,效果良好。     

张双楼煤矿92606工作面爆破定向切顶技术研究

张双楼煤矿-750m西三采区92608工作面材料道在92606工作面回采过程中迎采沿空掘巷,材料道需经历92606工作面全过程动压扰动,巷道变形剧烈,维护难度极大。通过建立沿空巷道侧向顶板预裂卸压结构模型,得出爆破定向切顶技术参数设计方法。在92606工作面溜子道低帮顶板实施爆破定向切顶技术,有效地解决了92606工作面坚硬顶板下隅角悬顶问题,改善了沿空巷道的围岩应力环境,提高了沿空巷道及区段煤柱的稳定性,确保了沿空掘进的92608工作面材料道的完好,满足矿井安全生产的使用,对保障矿井接续及安全生产具有重要的意义。     

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...     

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。     

16502工作面静态破碎技术处理采空区悬顶实践

为解决斜沟煤矿16502工作面回采巷道端头悬顶过长的问题,确定采用静态破碎技术进行处理。通过分析静态破碎技术的原理,得出破碎剂钻孔裂纹扩展的条件及合理间距,结合工作面顶板条件对技术方案各项参数进行设计。结果表明:回采巷道端头采用静态破碎技术后,悬顶长度减少45%,端头悬顶过长的问题得到解决。     

定向水力压裂工作面煤体应力监测及其演化规律

为研究水力压裂的机理和评价压裂效果,采用空心包体应变计,对水力压裂前后钻孔附近煤层应力的变化,及水力压裂实施后,随着工作面推进,前方煤层应力的变化进行了监测。通过分析监测数据,得到以下应力演化规律与结论：① 水力压裂前后,在压裂钻孔附近煤层中的主应力增量值、倾角和方位角均会出现突变。突变程度与至压裂孔的距离、水压、裂缝扩展方式及煤层力学性质等多种因素有关;压裂后主应力增量得到恢复,但比压裂前均有所降低,水力压裂可改变煤层的应力状态。②顶板压裂后,再受到工作面采动影响,煤层垂直应力增加,水平应力有降低的趋势,但采动引起的主应力增量变化幅度远小于压裂引起的变化,而且采动对主应力增量的倾角和方位角的影响不大;水力压裂可使顶板来压强度降低,工作面超前支承压力的影响减弱。③ 晋城王台铺煤矿坚硬顶板综采工作面进行水力压裂后,顶板的整体性和强度得到弱化,工作面采动影响减弱,顶板能够紧随工作面推进及时垮落,说明水力压裂效果良好。     

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。     

定向水力压裂技术在7806切眼的应用

中厚煤层多采用综采放顶煤开采方式。在初采过程中,随着回采工作面的不断推进,老空区的悬顶面积不断增大,初次来压前,容易出现压架现象。潞安五阳煤矿7806工作面老顶为细粒石英砂岩,难以冒落,采用定向水力压裂技术应用在该工作面。实施压裂后工作面推进大约9 m时,观测到直接顶开始垮落;推进12 m时,部分老顶垮落;推进16 m时,老顶全部垮落。通过定向水力压裂顶板预裂试验,缩小了顶板初次垮落步距,有效防止了大面积顶板垮落带来的隐患,实现了工作面初采期间安全、高效生产。     

Field investigation into directional hydraulic fracturing for hard roof in Tashan Coal Mine

Research and development of safe and effective control technology of hard roof is an inevitable trend at present. Directional hydraulic fracturing technology is expected to become a safe and effective way to control and manage hard roof. In order to make hard roof fracture in a directional way, a hydraulic fracture field test has been conducted in the third panel district of Tashan Coal Mine in Datong. First, two hydraulic fracturing drilling holes and four observing drilling holes were arranged in the roof, followed by a wedge-shaped ring slot in each hydraulic fracturing drilling hole. The hydraulic fracturing holes were then sealed and, hydraulic fracturing was conducted. The results show that the hard roof is fractured directionally by the hydraulic fracturing function of the two fracturing drilling holes; the sudden drop, or the overall downward trend of hydraulic pressure from hydraulic monitoring is the proof that the rock in the hard roof has been fractured. The required hydraulic pressure to fracture the hard roof in Tashan coal mine, consisting of carboniferous sandstone layer, is 50.09 MPa, and the fracturing radius of a single drilling hole is not less than 10.5 m. The wedge-shaped ring slot made in the bottom of the hydraulic fracturing drilling hole plays a guiding role for crack propagation. After the hydraulic fracturing drill hole is cracked, the propagation of the resulting hydraulic crack, affected mainly by the regional stress field, will turn to other directions.     

定向长钻孔分段水力压裂超前弱化技术

为解决煤层群下行开采时上覆煤柱给下伏煤层带来的顶板管理安全隐患,以榆家梁煤矿43202、43203工作面为工程背景,提出采用定向长钻孔分段水力压裂超前弱化技术对工作面顶板进行卸压弱化;阐述了长钻孔分段水力压裂的基本原理和压裂钻孔的布置原则,根据经验公式优选了压裂层位并对压裂钻孔的布置及压裂参数等进行了设计,利用压裂曲线图和压裂后工作面的矿压观测数据。对压裂成果考察结果表明:采用定向长钻孔分段水力压裂超前弱化技术,钻孔压裂突破点明显,工作面来压步距较小,达到了预期的卸压效果。     

布尔台矿水力压裂对矿压显现影响分析

针对布尔台煤矿42106综放工作面回采期间发生多次动力灾害显现,为了分析水力压裂对强矿压显现的影响,采用了现场实测及理论分析方法,依据水力压裂卸压机理及矿压岩层控制理论,对该工作面回风巷上覆岩层实施水力压裂卸压。结合现场监测矿压显现变化情况对卸压机理及效果进行深入分析,其结果揭示了在强动压影响下的巷道顶板岩层中采取水力压裂可有效减弱顶板岩层中赋存的高应力,释放顶板储存的弹性能;弱化基本顶,避免采空区后方悬顶,降低超前支撑压力的影响;减小相邻采空区侧对工作面回采巷道的影响,有效缓解巷道围岩变形。     

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。