千米深井厚层坚硬顶板水力压裂卸压技术研究

针对千米深井工作面坚硬基本顶难垮落的问题,以邢东煤矿2129千米"孤岛"工作面厚层坚硬基本顶为工程背景,探析了其基本顶在深部应力环境和工况条件下难垮落的原因,提出了在深井工作面采用水力压裂切顶卸压的顶板控制技术,并结合工作面实际采动影响得出了水力压裂的设计方案及施工工艺,实现了工作面"卸压-推进"连续配合作业;同时,运用数值模拟及现场矿压实时监测对卸压效果进行了分析与评价。研究发现,在千米深井厚层坚硬顶板的工作面实施水力压裂进行切顶卸压技术效果明显,有效实现了厚层基本顶分层分次逐渐垮落,降低了工作面顶板的周期来压显现强度。现场试验发现,在此环境下出现钻孔施工困难,需采用单孔多次压裂、增加注水量、强力封孔等措施使每个压裂钻孔充分发挥作用。实践证明,采用该技术后,千米深井厚层坚硬顶板难垮落问题得以有效解决。

巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案研究

针对雅店煤矿深部高应力地质条件下巷道围岩大变形难题,以雅店煤矿ZF1407工作面为工程背景,分析得出巷道围岩大变形的主要因素为高应力作用、巷道掘进和回采影响。提出巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案,方案采用浅部高强度锚杆索支护、深部压裂卸压及破碎围岩注浆加固协同控制的方法,并进行理论论证和现场设计实践,通过观测方案实施后井下围岩情况与矿压监测情况。监测结果表明,方案实施后巷道变形量减小,工作面来压稳定,锚杆、支架受力情况得到明显改善。巷道围岩改性-支护-卸压协同控制方案可以有效解决雅店煤矿深部复杂困难条件下的巷道支护问题,保证巷道支护安全稳定。

杜儿坪矿68308工作面水力压裂切顶卸压技术应用研究

针对杜儿坪矿68308工作面巷道顶板难垮难落问题,设计研究了水力压裂切顶卸压技术,并重点分析了水力压裂切顶卸压的机理、具体钻孔布置及压裂过程施工步骤,通过对压裂后巷道围岩变形情况进行分析,切顶卸压后经动态监测巷道围岩变形量变小,验证了水力压裂切顶方案的可行性,保证了矿井的安全开采。

坚硬顶板巷道水力压裂切顶卸压一体化控制技术

鉴于工作面坚硬顶板导致端头悬顶面积大影响回采安全以及邻近工作面巷道矿压显现的问题,马兰矿进行了高效水力压裂切顶卸压技术的研究,分析了坚硬顶板水力压裂切顶卸压控制思路、工艺原理及钻孔布置方式对压裂效果的影响,提出了采用“低位致裂+高位弱化”水力压裂卸压技术,实现坚硬顶板的高效预裂,有效解决了坚硬顶板工作面端头悬顶及邻近工作面巷道强采动应力引起的巷道片帮、底鼓问题。

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。

孤岛工作面水力压裂初次放顶技术研究

针对高瓦斯矿井坚硬顶板条件下工作面初采面临的悬顶面积大、难以垮落及易积聚瓦斯等问题,以杜儿坪煤矿68307工作面为工程背景,提出了采用水力压裂卸压技术方案,对顶板进行人为预裂卸压管理。现场实践表明,水力压裂卸压可以改变顶板岩层结构,降低顶板岩层的极限荷载;相较于相邻68306工作面采取强制放顶措施后的初采垮落步距,采用水力压裂卸压可使顶板初次垮落步距缩短12 m,实现了初采期间的安全生产,取得了预期效果。

煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术

针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题,以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景,分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法,从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软岩结构性流变及超长工作面采动影响等方面,揭示了高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理。以此为基础提出千米深井、软岩、强采动巷道支护-改性-卸压协同控制理念,采用数值模拟对比研究了无支护、锚杆支护、锚杆支护-注浆改性、锚杆支护-注浆改性-水力压裂卸压4种方案巷道围岩应力、变形及破坏规律,阐述了巷道支护-改性-卸压协同控制原理。研发出CRMG700超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料,研究揭示了锚杆受拉、剪、扭、弯及冲击复合载荷作用的力学响应特征;开发出微纳米无机有机复合改性材料及配套高压劈裂注浆技术;研发出分段压裂水力压裂卸压技术与设备,形成了巷道支护-改性-卸压协同控制技术。基于上述研究成果,提出口孜东矿示范巷道支护-改性-卸压布置方案与参数,并进行了井下试验与矿压监测。监测结果表明,巷道围岩协同控制技术应用后,巷道变形量降低50%以上,锚杆、锚索破断率降低90%,工作面采动应力明显减小,有效控制了千米深井、软岩、强采动巷道大变形。最后,对下一步的研究工作进行了展望。

综采工作面水力压裂试验研究与应用

阳煤集团新景煤矿为了降低沿空留巷巷道围岩高应力,在3107辅助进风巷进行了水力压裂试验。试验结果表明:水力压裂对巷道浅部围岩不进行预裂,仅对巷道顶板深部围岩进行预裂与软化,没有破坏巷道浅部煤岩体完整性,对巷道锚杆锚索支护体受力影响较小;水力压裂区域巷道变形较大,巷道高度逐步变高;压裂区域变化较非压裂区域巷道变形相对较小,压裂后,有效弱化了顶板岩层水,改善了巷道变形情况。