水力压裂切顶应力空间转移机制分析

水力压裂切顶技术可以弱化顶板的应力传递机制,为探究水力压裂作用下覆岩应力空间的变化特征,以布尔台煤矿为例,采用理论分析对关键块弧形三角板的垮落稳定性进行表征,并运用GDEM软件对双向水力压裂护巷技术进行模拟。结果表明:工作面顶板会发生滑落回转与挤压变形失稳,应采取有效的顶板控制技术对覆岩结构进行弱化。当压裂角度为30°时,水力压裂裂缝向采空区的方向扩展充分,可以有效切断顶板阻绝应力传递。当实施水力压裂后,煤柱侧的应力降幅较为明显,同位置最大降低值为24.9 MPa,平均降低13.9 MPa。原因是在水力裂缝与采动影响产生的次生裂缝的作用下,顶板的完整性被弱化,巷道围岩的应力向采空区方向转移。

大埋深高应力煤巷帮部递进式卸压技术及应用

针对唐口煤矿的多断层、高应力等冲击地压危险诱发因素,在常规煤体卸压技术基础上,提出了分段扩孔卸压技术、一孔多用卸压技术及沿空顺槽跨面超前预卸压技术,构建了适于高应力巷帮的递进式卸压解危技术体系。研究表明:分段扩孔卸压技术采用巷帮浅部小孔径-深部大孔径的钻孔方式,提高了巷帮深部高应力区卸压效果,施工效率提高至1.4倍;一孔多用卸压技术包括浅孔“钻+切”技术和深孔“钻+压+注”技术,每百米总钻进量为常规卸压技术的66%;沿空顺槽定向断顶-跨面预卸压技术有效减少了下一工作面顺槽的卸压孔数量,达到了临邻近两工作面顶板来压、下一工作面顺槽掘进支承压力一次性削弱的目的。

荣康煤业复合顶板切缝钻孔深度设计与应用

为配合110工法在11004工作面的顺利应用,荣康煤业拟在11004工作面轨道顺槽采用“切顶卸压+恒阻锚索”支护技术方案。针对11004工作面K_(2)灰岩、9^(#)煤层和泥岩复合顶板实际,通过理论计算与数值模拟,确定了定向爆破预裂切缝的钻孔深度,设计了11004工作面2个区段的切缝深度方案。现场应用结果表明,预留巷道切顶效果良好,可满足下一工作面的使用要求。

运输顺槽深孔爆破断顶卸压护巷技术研究

针对济宁二号煤矿93下11-2运输顺槽在采动影响下巷道围岩变形大、难维护的问题,结合深孔爆破切顶卸压技术原理和理论计算,确定了切顶高度45 m、切顶角度75°以及钻孔布置方式。现场工业试验表明,深孔爆破断顶卸压后,巷道顶底板变形约80.5 mm,两帮移近量约71.8 mm,巷道围岩变形明显减小,取得了较好的效果。

近距离煤层错层位切顶卸压护巷技术

针对近距离煤层开采时,上层煤开采会对下层煤产生采动影响,导致下层煤邻近回采巷道围岩变形等问题,提出了近距离煤层错层位切顶卸压护巷技术。分析了错层位切顶卸压护巷技术原理,推导出近距离煤层错层位切顶高度的计算公式,给出错层位切顶的关键参数,研究了错层位切顶卸压护巷效果。结果表明:通过错层位切顶主动调控顶板断裂位置可缩短悬臂梁长度,同时切落后的岩石因受到采空区与夹层的缓冲作用减少能量向下传递,有效保护了下层巷道的围岩稳定;错层位切顶高度的确定需考虑顶板垮落的矸石对本层位空区与下分层空区的充填效果,以及层间岩石的垮落影响。现场工业性试验发现,错层位切顶后,动压巷道底鼓量由3.0 m降至0.5 m左右,降幅为83%。

定向组合水力压裂卸压技术在宋新庄煤矿的应用

针对宋新庄煤矿110301工作面坚硬顶板难垮落、周期来压显现剧烈的现象,通过对水力压裂裂缝扩展、贯通机理分析,结合工作面特征与岩层特性优化了钻孔布置方式,提出定向组合分段水力压裂技术研究。现场效果表明,110301工作面实施定向组合分段压裂技术后,预裂区支架来压时工作载荷由38~45 MPa降低为25~35 MPa,应力呈现碎片化,缓解了应力集中现象。周期来压步距由20~30 m缩减到10~15 m,来压步距普遍减小,矿压显现得到缓解。支架动载系数由1.5~1.7降低到1.2~1.3,压架危险性降低。证实了针对来压剧烈顶板采用定向组合分段压裂方式可明显提高压裂效果,使顶板得到及时垮落,进而支承起高位岩层。该研究在现场取得良好的应用效果,为宋新庄煤矿后续工作面开采提供了宝贵的生产经验。

中厚煤层小煤柱护巷切顶卸压技术研究

为避免开采断层上盘煤层对采区煤仓造成采动影响,降低采动压对采区准备巷道的影响,对保护煤柱尺寸进行计算、分析,确定了煤仓保护煤柱尺寸,采取切顶卸压技术对采区煤仓及采区巷道进行保护,为类似地质条件下采区煤仓煤柱尺寸留设提供了宝贵经验。

干河煤矿回采巷道水力压裂卸压技术应用

以干河煤矿2-209工作面2092巷为工程实例,为解决该巷道变形严重的问题,拟定采用水力压裂切顶卸压技术;应用表明,通过高压水切顶后,巷道顶底板及两帮最大变形量均相对未切顶巷段减小50%左右,超前支承压力影响减弱;解决了回采巷道反复维修的问题,实现了工作面安全高效回采,取得良好的经济、安全效益。

12511轨道顺槽密集钻孔卸压护巷技术应用

为避免回采12511工作面时,12511低抽巷和12513轨道巷发生破坏,采用“补强锚索支护+密集钻孔”弱化顶板技术措施,即以12511低抽巷19#高程点为分界点,分段提出12511低抽巷补强支护和12511轨道巷密集钻孔技术,并对密集钻孔进行单轴抗压原位测试,发现卸压钻孔围岩单轴抗压强度降低较为明显,最大降幅为7.5 MPa,平均下降3.2 MPa,表明密集钻孔切顶卸压可以很好地维护巷道围岩的稳定性。

厚煤层坚硬顶板工作面水力压裂切顶卸压技术研究

针对10109厚煤层工作面坚硬顶板垮落步距大、工作面矿压显现强烈,结合工作面地质条件和顶板结构特征,对初次来压和周期来压前进行坚硬顶板预裂。研究结果表明,水力压裂后顶板钻孔形成了裂隙并逐步扩展贯通,回采巷道围岩顶底板最大移近量为82mm,两帮最大移近量为106mm。

基于3DEC的大采高回采巷道围岩变形特征研究

为探究大采高回采巷道围岩变形失稳特征,通过3DEC数值模拟软件,以22204辅助运输平巷为背景,分别分析了巷道围岩裂隙发育、应力分布、位移分布以及塑性区分布特征。研究结果表明:大采高回采巷道围岩裂隙发育、变形具有非对称性,随着工作面向前推进,巷道围岩位移量不断增大,其中较大水平位移向巷帮中上部及顶板位置转移,且靠近煤柱一侧巷帮水平位移、裂隙发育较为显著;采动影响下巷道围岩发生了一定程度的剪切破坏,导致其煤岩体应力释放,且煤柱长期处于高应力状态,因而靠近煤柱一侧的巷帮及巷道顶板塑性破坏较为严重和频繁。基于此,明确了大采高回采巷道围岩变形的重点防控区域,为该类巷道围岩稳定性控制提供参考。

特厚煤层孤岛工作面顺槽卸压技术应用

以8204-2特厚煤层孤岛工作面为工程实例,该工作面回采期间两巷煤岩体受采动应力叠加影响、围岩变形程度大、矿压显现强烈。为解决此问题,拟定对5204-2回风顺槽采用大直径钻孔卸压技术和锚索补强支护、对2204-2运输顺槽采用底板卸压槽卸压技术。该技术应用后,工作面回采巷道围岩变形得到了有效控制,避免了强冲击矿压的发生,实现了工作面的安全回采与快速推进。

高应力区巷道松动爆破卸压支护技术应用

基于5311巷掘进期间受构造应力以及邻近采空区残余应力作用下,巷道迎头20 m范围内顶板破碎严重,锚杆(索)支护失效率高等技术难题,决定对高应力区巷道顶板采取松动爆破卸压支护技术。应用效果表明:巷道顶板采用松动爆破卸压技术后,将围岩内高应力转移至围岩深部,有效降低了集中应力对巷道围岩的破坏作用,提高了围岩应力拱强度,巷道顶板下沉量由原来的420 mm减小至180 mm,顶板锚杆(索)失效率由原来的11%降低为2%。

山东宏阳矿业沿空留巷切顶卸压开采关键参数研究

以山东宏阳矿业沿空留巷的12103运输顺槽为对象,对沿空留巷切顶卸压开采关键参数进行研究,采用理论分析、数值模拟、工业性试验相结合方法研究切顶高度、切顶角度、切顶钻孔间距对切顶留巷影响,确定最优参数:切顶高度21.8 m、切顶角度5°、切顶钻孔间距900 mm。按最优参数实施切顶卸压后,留巷效果理想,下次使用前无需整修。

深井煤巷钻孔卸压技术的数值模拟与工业试验

结合工程实例,利用数值模拟方法研究了钻孔卸压的作用机理、巷道围岩动态损伤破坏发展和应力场重新分布的过程.模拟发现:合理布置的卸压孔可以导致巷帮围岩的结构性预裂破坏,从而使围岩高应力向深部转移;在卸压孔和锚网联合支护后改善了围岩附近的应力环境,改变了围岩破坏的时空次序,对控制围岩变形和破坏具有突出的优越性.

水力压裂切顶卸压技术在大采高留巷中的应用研究

针对晋煤集团寺河煤矿东五盘区东翼集中巷受多次强烈采动影响、巷间煤柱尺寸小、服务周期长、向斜轴部应力集中程度高等特点,应用水力压裂切顶卸压技术,改善围岩应力状态,为大采高留巷围岩变形控制提供了一个新途径。研究了水力压裂切顶卸压技术在大采高留巷中的作用本质,工作面回采前利用高压水在护巷煤柱上覆岩层中形成一个“准破裂面”,工作面回采时,在采场周期来压的作用下,采空区顶板沿“准破裂面”断裂,减少悬臂梁的跨距,卸载或转移工作面侧向悬臂梁传递到护巷煤柱的高应力。综合考虑井下现场作业空间狭小、工作面高位钻孔、地面L型抽放井等多个影响因素,设计水力压裂切顶卸压方案,压裂钻孔双侧布置,深孔长度40 m,浅孔长度32 m。为保证压裂效果,超前工作面50~100 m进行压裂施工,倒退式压裂,间隔为2~3 m。通过监测与分析水力压裂切顶卸压效果得出,顶板岩层裂缝起裂压力约24 MPa,扩展压力在21~23 MPa。切顶卸压后两帮移近量降低53%,顶板下沉量降低33%,底鼓量降低18%,同时显著减小帮锚索受力变化幅度。压裂后煤柱垂直应力在超前工作面50 m至滞后工作面50 m范围内出现峰值点,未压裂的煤柱垂直应力的峰值点出现在滞后工作面150 m至350 m范围。

深部巷道钻孔卸压机理及关键参数确定方法与应用

基于围岩强度参数衰减规律的室内试验结果,对FLAC3D应变软化模型进行了二次开发,以现场实测矿压显现规律作为已知特征值,反演了岩体力学参数。分析了深部巷道钻孔卸压机理,提出以应力转移效果及围岩变形控制效果作为卸压效果的直接评价指标,初步将卸压程度分为非充分卸压、充分卸压和过度卸压3类,系统研究了卸压钻孔参数(长度、直径和间排距)对深部巷道围岩稳定性的动态作用规律,提出了影响卸压效果的各关键参数的确定方法,完善了钻孔卸压技术体系。工程应用效果表明,采用卸压钻孔参数确定方法设计的卸压方案,围岩控制效果显著,且该方法简单易行。

孤岛煤柱下沿空掘巷底鼓机理及控制技术

针对孤岛煤柱下沿空掘巷围岩应力大、巷道底鼓严重的问题,分析了巷道围岩性质、工作面动压、沿空掘巷窄煤柱宽度、孤岛煤柱集中应力等对巷道底鼓的影响,通过数值计算得到该类巷道具有围岩塑性区分布大、最大主应力等值线远离底板、底板岩层易挤压流动造成巷道剧烈底鼓等特点。在分析平沟煤矿1603轨道平巷底板浅部围岩位移特点的基础上,提出采用2根底角锚杆、2根底板锚杆的加固法控制巷道底鼓,现场观测表明,该支护方案加固后巷道底鼓量减小65%,取得了良好的控制效果。

综放沿空巷道围岩卸压控制研究

采用计算机数值模拟计算及现场观测方法 ,结合松动爆破技术分析了本煤层布置卸压巷对综放沿空巷道围岩卸压的机理 .沿空巷道卸压控制的实质是使围岩高应力区沿倾向向煤体深部转移 ,卸压巷位置及松动爆破强度是卸压技术的关键 .现场应用实践表明 ,卸压控制是治理综放沿空巷道围岩强烈变形破坏的科学有效方法 ,并取得了显著的技术经济效益 .

煤柱留巷定向水力压裂卸压机理及试验

针对煤柱留巷支护问题,提出一种控制坚硬厚顶板煤柱留巷变形的新方法——定向水力压裂留巷卸压技术,旨在转移护巷煤柱上的高采动应力,改善留巷的应力状态,并提出定向水力压裂煤柱留巷卸压机理。以余吾煤业公司S1206煤柱留巷瓦排巷为研究对象,确定了定向水力压裂钻孔方案、钻孔布置参数及施工工艺。压裂结果显示,横向切槽机械钻头可以在预定位置预制开槽;21~28 m分段压裂时间占总压裂时间48%,是整个钻孔的压裂关键位置;采用间接方法判断裂隙的扩展范围20 m左右。对压裂段和非压裂段进行了表面位移、煤柱垂直应力、工作面超前支承压力、压裂段煤柱上方三向应力等监测。监测结果表明:压裂段两帮收缩量降低30.5%,顶底板移近量降低50.2%;超前压力的影响距离不超过50 m,距离工作面超过15 m左右时,出现应力峰值;超前工作面10 m左右范围内出现塑性破坏;采动影响最显著的作用来自垂直应力;采空区造成应力扰动方向与最大相对主应力方向一致。监测与评估表明卸压效果明显。压裂及卸压结果表明,采用定向水力压裂留巷卸压技术可以消除或减弱坚硬顶板形成的悬顶效应,达到留巷的目的。