回采工作面上隅角水力压裂切顶技术及其应用

针对部分回采工作面上隅角难以及时垮落的难题,提出一种控制上隅角及时垮落的新方法即定向水力压裂法对上隅角顶板进行预裂切顶,使上隅角能够及时垮落。研究表明,该方法通过在工作面上隅角上部岩层中分段定向多次水力压裂使顶板产生多组裂隙,在工作面回采动压及煤柱支承应力的双重作用下上隅角顶板发生破裂从而实现及时切落。试验结果表明,采用定向水力压裂切顶后上隅角顶板能够及时垮落,最大悬顶面积均小于10m~2;同时,周期来压时机头支架工作阻力最大可降低27.6%,周期来压步距平均降低24.8%,有效降低了工作面上隅角的管理难度。     

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。     

水力压裂技术在工作面上隅角顶板治理中的应用

为解决回采工作面推进过程中回风顺槽上隅角顶板不能及时垮落的问题,基于现场地质力学实测和评估,采用水力压裂技术对顶板实施分段逐次压裂,现场监测结果表明,压裂后的工作面采空区顶板能够及时分层分次垮落,上隅角悬顶面积不超过10m~2,超前段巷道顶板离层和巷道变形量在允许范围内,能够满足安全生产要求。     

水力压裂切顶卸压控制临近巷道围岩变形研究

针对顶板坚硬、采空区悬露顶板面积较大、对临近巷道围岩变形影响较大等问题,提出超前水力压裂预切顶板方法,使采空区悬露顶板及时垮落。研究表明,工作面回采后预切顶板在裂隙面、岩层自重及动压影响下及时垮落,临近3314巷道围岩变形与未切顶时相比大大减少,大大缓解了临近巷道支护难度,减少了巷道返修工程量。     

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。     

水力预裂在顶板控制与瓦斯治理方面的融合应用

双柳煤矿煤层开采后上隅角大面积悬顶,且随工作面推进短期内不能及时垮落,造成采空区瓦斯积聚,在23(4)11回采工作面运巷端头顶板处施工水力预裂超前切顶孔,实现顶板及时跨落,并对预裂钻孔进行二次利用,通过封孔接入工作面高负压系统进行上隅角瓦斯抽采,瓦斯浓度平均下降0.16%,治理效果明显,实现了瓦斯与顶板共治。     

水力压裂切顶卸压技术研究

为解决三交河煤矿10-201回采工作面上、下隅角悬顶面积过大及邻近10-203_2巷掘进期间的支护难题,采用水力压裂切顶卸压技术对10-201_1巷上方顶板进行切顶卸压并工业性试验。结果表明,水力压裂切顶卸压技术能够有效解决回采工作面上、下隅角悬顶面积问题,同时降低邻近采空区掘进工作面的支护强度,提高了矿井资源回收率,为下一步矿井小煤柱开采及沿空掘巷积累经验。     

龙泉煤矿特厚煤层回采工作面切顶卸压技术研究

为减小相邻采空区影响、强化工作面初采初放顶板管理、有效控制回风隅角悬顶面积、减弱临空巷道超前支承压力，计划在龙泉煤矿4306工作面辅运巷道内进行水力压裂切顶卸压切断顶板深部岩层，根据顶板垮落碎胀系数计算与顶板岩层结构分析，综合得出切顶高度应大于53.6 m,结合4306辅运巷道围岩条件及开采技术条件设计注水压力钻孔、水力压裂参数。应用后，井下采场空间未出现强矿压显现现象，确保了工作面安全顺利回采，为类似地质条件下工作面的开采提供了参考实例。     

综放工作面上隅角顶板控制的水力压裂技术应用

针对赵庄二号井综放工作面上隅角垮落不及时造成瓦斯超限的安全难题,在开展地应力、煤岩体强度及结构全面测试的基础上,基于定向水力压裂技术原理,计算确定了钻孔深度,提出了深孔水力压裂设计方案,并进行了现场井下试验。现场监测表明,回采工作面推进压裂区范围过程中,上隅角直接顶基本实现随采随冒(特殊区段最大悬顶面积7. 5m2),垮落效果显著,达到了国家安全生产标准化悬顶面积≤10m2要求,从根本上消除了上隅角爆破放顶施工的危险性。顶底板最大移近量275mm,研究成果可为类似采矿条件下水力压裂应用提供经验指导。     

定向水力压裂弱化坚硬顶板技术研究

晋煤集团寺河矿二号井15#煤层坚硬K2灰岩顶板难以垮落,易造成回风巷上隅角悬顶面积过大引起瓦斯超限安全隐患。为解决上述问题,以151305工作面为试验对象,通过地质围岩测试等技术手段确定了定向水力压裂试验方案。     

坚硬顶板定向高压水力致裂防冲护巷技术应用

定向高压水力致裂是一项防治坚硬顶板型冲击地压的新技术,基于张双楼煤矿93604工作面地质条件,研究了定向水力致裂防冲与护巷机理,通过现场试验,得到了张双楼煤矿定向水力致裂的技术参数。现场试验表明,定向水力致裂割缝时间小于10 min,致裂半径不小于10 m,裂纹扩展5 m所需时间不超过3 min,扩展10 m所需时间小于10 min。该技术在93604工作面应用后,有效减小了悬顶长度,实现了迎采巷道防冲与巷道保护的目的。     

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%。     

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。     

低瓦斯矿井坚硬顶板综采工作面瓦斯防治技术研究

针对雨田煤矿W1103综采工作面采用U型通风、工作面回采过程中上隅角容易出现瓦斯超限的问题，当增加工作面配风量，会增加采空区漏风量，造成上隅角瓦斯难以控制。上隅角区域的不充分冒落，也为瓦斯积聚提供了空间，在顶板预裂爆破时，会造成瓦斯超限问题。分析了工作面瓦斯来源，回采工作面瓦斯涌出以开采层为主、邻近层为辅；采用顶板预裂爆破、风障引风、本煤层瓦斯抽放、上隅角插管抽放等综合瓦斯治理技术，解决了上隅角瓦斯超限问题，确保了矿井的安全生产。     

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。     

水力压裂纵向切槽钻头的研制与试验

为解决采用常规水力压裂进行强烈动压巷道切顶卸压效果难以控制的问题,研发了一种钻孔内纵向切槽钻头,进行了一系列实验室试验和井下试验。研究结果表明,纵向切槽钻头可有效实现孔内纵向切槽,引导水力压裂主导裂缝沿切槽方向起裂和扩展,满足强烈动压巷道水力压裂切顶卸压要求,切槽效率比传统的横向切槽钻头效率提高30%~50%;何家塔煤矿井下试验表明,纵向切槽水力压裂主导裂缝沿巷道轴向起裂和扩展,扩散范围达20～30 m,起裂压力明显小于常规水力压裂的起裂压力;受工作面回采影响后纵向切槽水力压裂段煤柱应力增量相对普通水力压裂段和未压裂段明显较小,切顶卸压效果明显好于普通压裂段和未压裂段;纵向切槽水力压裂切顶卸压段工作面端头三角区悬顶长度平均3.7 m,明显小于常规压裂段和未压裂段平均悬顶长度6.2 m和8.0 m,且顶板断裂较为整齐。     

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。     

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...     

浅埋深工作面端头悬顶定向水力压裂卸压技术应用

针对浅埋工作面端头悬顶和压架多采用架间或工作面巷道打眼爆破方式处理顶板存在较大安全隐患等问题,在分析杨伙盘煤矿顶板岩性和浅埋深悬顶原因的基础上,提出利用定向水力压裂技术破坏顶板完整性,结合水压记录仪监测曲线判断岩石开裂和扩展程度,将工作面支架承受的高应力向远离顶板方向转移的方法。回采实践和矿压监测数据分析表明,在采用定向水力压裂处理工作面顶板后,工作面端头矿压显现明显缓和,高阻力区占比明显降低,范围在5000～7000kN的支架阻力由36%降低为29%,卸压后支架所受载荷基本呈正态分布。由此可见,定向水力压裂技术是一种控制浅埋深强动压应力环境的有效手段。     

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。