顶板水力压裂切顶卸压在动压巷道中的技术应用.pdf
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1、 245 科学管理2023年第11期我国煤炭虽然储量丰富但赋存条件较为复杂,近四成的煤层存在坚硬顶板。坚硬顶板是指煤层上方直接赋存或在厚度较薄的直接顶上方存在的坚硬岩层,其主要特点为硬度大、整体性好、分层厚度大等。坚硬顶板的存在会对矿山的开采造成严重的影响。由于坚硬顶板极难垮落,随着工作面的持续推进,巷道顶板形成大面积的悬顶,悬顶一旦垮落会产生一定的冲击载荷,造成采空区的瓦斯涌出,发生瓦斯爆炸事故。镇城底矿综采工作面留巷巷道在强烈动压影响下出现顶板沉降明显、两帮收缩量和底鼓量显著增加、锚杆索发生破断等问题,巷道需要反复巷修才能维持正常使用,同时顺槽巷道悬顶现象明显,影响工作面安全回采。为了解决
2、巷道变形以及工作面上隅角悬顶问题,采用在煤柱侧顺槽巷道进行水力压裂的方式提前切顶,切落煤柱上方悬臂梁,剪断顶板岩梁应力的传递,减小巷道所受应力,消除悬顶现象,有效解决了动压影响留巷巷道大变形和悬顶问题。1 矿井概况镇城底矿位于西山煤田西北处,井田面积约16.63km2,年设计生产能力为190万t。22305工作面开采的3#煤层平均厚度3.91m,平均倾角为4.6;煤层顶板以泥岩和砂质泥岩为主,局部含有软弱夹层,层理裂隙发育。22305 综采工作面,煤层厚度 5.52 m,平均倾角 4;走向长 1714.9 m、倾斜长 220.7 m,面积378470.7 m2。工作面东部为相邻工作面采空区,西
3、部为22301工作面采空区,北部无工作面,南部22302工作面采空区。22305巷为一次使用顺槽巷道,巷道悬顶上隅角瓦斯聚集,影响工作面安全回采,22305 巷为留巷巷道,受工作面回采动压影响,巷道变形较大,影响正常使用22305 巷断面为矩形,宽高=5.2 m3.9 m。2 工作面水力压裂设计方案2.1 水力压裂设备采用切槽钻头在岩层中预制横向切槽,切槽钻头外径为 54 mm,钻孔直径为 56 mm。根据井下现场试验条件,采用跨式膨胀型封隔器进行水力压裂封孔,封隔器由弹性膜、钢套、钢管以及膨胀介质通道组成,封隔器的封孔膨胀介质为水、弹性膜为橡胶材料。使用 3ZSB80/62-90 型高压水泵
4、进行注水增压压裂。跨式膨胀型封隔器封孔示意图如图1所示。图1 跨式膨胀型封隔器封孔示意图2.2 水力压裂参数水力压裂高度与老顶回转变形的岩梁层位有关,依据公式计算老顶岩层厚度。式中:Hi为由下而上第i层老顶岩层的厚度,m;Hi为由下而上第i层老顶分层的厚度,m;M为煤层采高,m;Ki为岩石碎胀系数,取1.15-1.33;Kz为岩石碎胀系数,取 1.33-1.5;h为直接顶厚度,m。将22305工作面地质力学参数代入公式,计算出第2层老顶岩梁,即 6.10m砂质泥岩为岩层裂隙带岩层,因此压裂钻孔垂直深度应在6.10m 以上,并尽可能加深钻孔深度以确保效果。根据22305工作面地质构造情况及现场实
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