定向水力压裂控制煤矿坚硬难垮顶板试验

针对煤矿坚硬难垮顶板控制的研究现状及存在的问题,进行定向水力压裂控制煤矿坚硬难垮顶板井下试验。通过在压裂孔两侧布置监测孔和在压裂过程中实时监测泵压变化,深入分析煤矿坚硬难垮顶板水力压裂特点。试验结果表明:(1)KZ54型切槽钻头能够在坚硬岩层中预制横向切槽,可有效降低裂缝破裂所需压力;(2)采用跨式膨胀型封隔器可对岩层坚硬段分段逐次压裂,压裂过程中可在顶板中产生多条裂缝,从而有效弱化顶板;(3)随着压裂处与孔口距离的增大,裂缝破裂和扩展所需的压力也相应增大,裂缝的扩展半径最大可达20 m;(4)在压裂过程中,由于岩层均匀性、渗透性、地应力场、岩层结构面等影响因素的变化,压力–时间曲线呈现出多种形态;(5)岩石抗拉强度与地应力值较为接近时,岩石强度对水力压裂有较大影响。

人为弱面对坚硬难垮顶板水力压裂的影响研究

弱面对水压裂隙的扩展有着重要影响,为达到有效控制坚硬难跨顶板,需要研究人为弱面对水力压裂的影响。根据水压裂隙产生及扩展机理,运用数值模拟试验方法,通过声发射及剪应力分布研究了3种人为弱面影响下的水力压裂过程中裂隙扩展特征,对比分析了7种压裂方式下的水力压裂数据。结果表明：预制裂隙开挖形成的层理弱面和监测孔开挖形成的应力卸压圈均能影响水压裂隙的扩展,在扩展方向上水压裂隙往往偏向于高孔隙水压力的区域扩展,且其在扩展一段之后受顶板自由面影响,主裂隙向工作面两端延伸4.5~8.5倍孔径的区域时会发生近90°的空间转向。水力压裂数据研究表明,预制裂隙和监测孔协同作用强化了控制坚硬难垮顶板的效果。

水力压裂技术在煤矿坚硬难垮顶板中的应用

基于煤矿坚硬难垮顶板现状及存在的问题,介绍了水力压裂技术及在井下的工业试验情况,该技术通过跨式膨胀性封孔器对压裂段进行封闭,利用高压水将封闭段进行压裂,将顶板不同位置岩体进行压裂,生成多条裂纹,最终形成裂纹网络,从而达到弱化顶板的目的。实验结果表明:随着工作面的推进,顶板依次分层、分次垮落,减弱老顶初次来压强度,保证工作面安全。水力压裂技术是一种安全、高效、绿色的控制坚硬难垮顶板的技术,有广阔的发展前景,将在煤炭行业得到广泛的应用。

水力压裂技术在煤矿坚硬难垮顶板中的应用

基于煤矿采空区顶板厚度较大、硬度较高及难以跨落所导致的冲击来压问题,文章以某矿51107工作面为工程背景,提出了水力压裂控制顶板技术,结合工程实际设计了相应的实施方案,通过对方案进行理论分析和数据观测,实践表明:水力压裂技术在工作面的实施对坚硬难垮落的顶板岩层起到有效的弱化作用,同时还能够减小初次来压几周期来压的步距,对顶板冲击来压的防治,对工作面的安全稳定生产起到了重要作用。

大采高工作面坚硬顶板水力压裂技术

针对大采高一次采全高采煤工作面回采过程中,经常出现的机头三角区采空区坚硬顶板难垮问题。通过对上覆岩层结构及强度进行测试、分析,结合煤层顶板特性及压裂密度大小对压裂效果的影响,确定采用分段压裂式水力压裂技术方案;并在井下现场开展水力压裂控制坚硬难垮顶板试验。结果表明,采用水力压裂技术后,工作面端头采空区顶板能够及时垮落,悬顶面积大幅度降低,工作面端头采空区悬顶沿推进方向一般最大不超过9 m,沿工作面方向最大不超过6 m,降低幅度达到70%以上,在大部分情况下,顶板能够随采随垮及时垮落,效果良好。

特厚石灰岩坚硬难垮落顶板定向水力压裂试验

针对寺河煤矿二号井特厚石灰岩坚硬难垮落顶板影响工作面生产的问题,结合围岩强度测试结果设计合理的水力压裂方案,进行坚硬顶板水力压裂试验。现场实践证明:老顶初次来压步距32 m,周期来压步距平均13 m;顺槽在回采期间变形值不大;说明水力压裂技术在解决工作面坚硬顶板垮落的同时也削弱了煤体侧向支承压力朝向顺槽方向的传递,减小了巷道底鼓的发生的概率,水力压裂取得了良好的生产效益。

坚硬难垮落顶板的处理方式研究

阐述坚硬难垮顶板岩层力学性质、坚硬难垮顶板的工作面的矿压显现特征、坚硬难垮落顶板的处理方法,对于实现国内坚硬难垮顶板的矿区安全高效开采具有重要意义。

坚硬难垮落顶板处理方式浅析

我国的多数矿区都有坚硬难垮落顶板,在回采过程中容易形成较大面积悬顶,对安全管理极为不利。文章阐述了坚硬难垮落顶板岩层力学性质、坚硬难垮落顶板工作面的矿压显现特征、坚硬难垮落顶板的处理方法,对实现国内坚硬难垮落顶板的矿区安全高效开采具有重要意义。

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。

定向水力压裂坚硬顶板在凤凰山矿的试验

针对凤凰山矿15#煤层的高强度、整体性强的石灰岩直接顶板,决定采用定向水力压裂来控制坚硬难垮顶板的井下试验。试验结果表明:使用高压泵产生的高压水能够使预施工的钻孔裂缝压裂并扩大其影响范围,且能成功在15#煤坚硬顶板中人为制造出更多裂隙,达到了预期效果。

三分量TEM在坚硬顶板水力压裂效果检测中的应用

矿井水力压裂技术在坚硬顶板卸压和瓦斯高效抽采领域得到的广泛应用,但对于长钻孔水力压裂效果的检测评价一直缺乏较为理想的物探方法,传统探测方法存在成本高、效率低与探测距离短的不足。为实现坚硬顶板定向长钻孔水力压裂效果高效直观地检测这一目标,采用一种煤矿井下在压裂孔内施工的动源动接收瞬变电磁探测方法,探测装置天线是由收发间距固定的极小发射线圈和三分量接收探头组成,在钻孔内沿钻孔逐点移动进行三分量接收。为了弥补有缆装置探测距离的不足,采用孔外定时同步、孔内发射接收的探测装置,采用钻机推送的方式对神东某矿井2号压裂钻孔40~315 m段进行压裂前、压裂后分别探测。首先对垂直分量数据进行预处理,采用水平分量数据实现探头姿态变化影响校正,并提取纯异常场进行分析,最终实现充水裂缝三维成像技术。试验结果表明:纯异常场等值线图中有明显条带状低阻异常分布,综合分析压裂前、后视电阻率分布情况认为该条带状低阻异常即为压裂形成裂缝所致,异常走向即为裂缝延伸方向,异常延伸范围即为裂缝延伸范围。三分量瞬变电磁探测技术是矿井物探、钻探和水力压裂技术的有机结合与相互补充,对裂缝走向和延展范围进行有效圈定,能够有效应用于坚硬顶板定向长钻孔水力压裂效果评价。

深部强压工作面水力压裂卸压防控效果研究

潞安化工集团余吾煤业S5207回风巷掘进过程中,部分巷道出现底鼓、顶角帮鼓和顶板下沉等问题,同时存在断锚杆锚索和响煤炮等动力显现情况。经测量得知,该工作面存在方向为N21.5°E的最大水平主应力为9.15 MPa,最小水平主应力为4.97 MPa,垂直方向上的主应力为10.9 MPa。为解决这一问题,针对S5207深部强压工作面,采用水力压裂技术工艺来弱化坚硬难垮顶板。经过对压裂段和非压裂段的检测点进行位移、应力和荷载检测,结果显示,在压裂段中,顶底板的移近率和两帮的收缩率相比非压裂段分别降低了43.8%和37.9%。压裂段滞后工作面的应力值稳定在平均13.05 MPa,而非压裂段工作面的应力持续增长,最终平均值达到18.6 MPa。在超前工作面的位置,压裂段工作面出现了超前支承应力峰值,平均值为13.0 MPa,增幅为2.1 MPa,超前支承应力集中系数约为1.2。综上所述,水力压裂技术能够明显减轻相邻工作面回采动压,降低巷道受力和围岩变形,有效弱化坚硬顶板,提高巷道整体安全性,并保证动压巷道留巷成功率。该技术的应用,不仅解决了余吾煤业动压巷道的技术难题,还取得了一定的技术、经济和社会效益,并为类似条件下的巷道卸压提供了宝贵的经验。

煤矿井下智能压裂泵系统研究

为解决坚硬难垮落顶板治理、瓦斯抽采增透等安全高效开采技术面临的核心装备支撑不足难题,研究了一套煤矿井下智能压裂泵系统。该系统攻克了泄液回收大流量压力控制技术、压裂过程变频压力实时调节技术以及智能控制和监测技术等关键难题。研究阀芯硬密封副技术、可靠性开启技术、瞬态大流量流道和容腔设计及泄液回收技术和压力检测及泄压技术为一体的泄液回收大流量压力控制技术,研制了最大流量1000 L/min、额定压力40 MPa的大流量泄液回收压力控制阀,实现大流量工况下压力精确控制和泄液回收功能。压裂过程变频压力实时调节技术是以坐封、起裂及压裂过程的压力需求函数,通过控制器、传感器、变频泵站及电控流量阀组成的控制闭环,实现了3~40 MPa大压力范围的压裂压力精确控制。智能控制和监测技术攻克了低压自动坐封、压力自动跟随起裂和压裂自动识别等核心技术难题。在榆林大梁湾煤矿、陕煤集团孟村煤矿和华晋集团沙曲一矿进行了井下超长孔复合压裂关键技术的实施验证,完成了坚硬岩层顶板水力压裂治理的工业性试验,现场试验得出:煤层起裂时间范围在4~15 min,起裂压力范围在15~21 MPa,压裂后维持压力在12~16 MPa,单次注水量范围在1.3~5.5 m^(3)。应用表明,该系统能够满足超长距离坚硬难垮落顶板的弱化及治理对水力压力装备的要求。

水力压裂技术在何家塔煤矿初次放顶中的应用

水力压裂技术通过高压水对坚硬难垮落顶板弱化,随着工作面的推进,实现顶板分层、分次垮落,减弱老顶初次来压强度,保证了工作面的安全。本文以何家塔煤矿50109工作面切眼为例,使用该技术后,水压最高可达26MPa,裂纹扩散半径可达10m,切眼推进约10m位置时,切眼中部顶板开始冒落,随后向两端移动,推进约20m位置时,顶板已冒落严实,来压较为缓和,未产生飓风,达到预期效果。

深孔预裂爆破技术在综采面初次放顶中的应用

为解决坚硬顶板在回采工作面初采时的技术难题,采用深孔预裂爆破技术进行工作面初次放顶的工业性试验。试验结果表明:深孔预裂爆破技术强制爆落的煤岩块基本可以充满支架后方的采空区,改变了顶板力学结构,有效减弱顶板初次来压时的动载冲击作用,避免飓风的形成,为类似条件下的煤层顶板控制提供了参考。