綜放工作面水力預(yù)裂初次放頂實踐研究

[摘 要]綜采工作面初采期間，為防止初次來壓導(dǎo)致頂板大面積垮落產(chǎn)生颶風(fēng)，造成人員傷亡和設(shè)備損失，一般在回采開始前進行頂板預(yù)裂爆破，從而破壞頂板的完整性，使頂板正?？迓洌ＷC工作面初采期間的頂板安全，目前，除了傳統(tǒng)的深孔預(yù)裂爆破的方法進行強制放頂，在部分礦區(qū)還使用了水力壓裂初次放頂技術(shù)，本文對神東某綜放工作面在初采期間采用水力預(yù)裂放頂進行研究，為類似條件的初放工作提供了一定經(jīng)驗。

[關(guān)鍵詞]初采 水力 壓裂 放頂 礦壓 來壓 步距

中圖分類號：D987 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）17-0131-01

1、引言

水力壓裂初次放頂技術(shù)是在工作面設(shè)備安裝前對煤壁前方頂板進行水力預(yù)裂，在頂板巖層中形成多條裂縫，從而破壞頂板的完整性和整體強度，保證回采時頂板及時垮落。[1]水力壓裂初次放頂技術(shù)的原理是在利用鉆機在頂板巖層施工鉆孔，并用特制的開槽鉆頭在壓裂段橫向切槽，然后對切槽段封孔并注入高壓水進行壓裂，從而破壞頂板巖層的完整性，削弱頂板巖層的強度和整體性?？梢杂行趸ぷ髅骓敯鍘r層，減小初次來壓步距和來壓強度，有效避免工作面初采期間頂板大面積來壓，保證工作面初采期間安全。

2、工作面情況

神東公司布爾臺煤礦42201-1綜放工作面，布置在42煤二盤區(qū)，工作面按煤層傾斜方向布置，工作面傾向長度319.6m，走向長度3014.3m，工作面煤層平均煤厚度5.7m，傾角1-4°，工作面沿煤層走向推進，沿煤層底板回采，采煤機割煤高度為3.6m，放頂煤高度為2.1m。采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤采煤方法開采，全部垮落法管理頂板。工作面老頂為粉砂巖，厚度5-24m，平均厚度14m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚5-15m，平均厚度9m，直接底為砂質(zhì)泥巖，厚3-7m，平均厚度5m。液壓支架選用鄭煤機生產(chǎn)的ZFY18000/25/39D雙柱掩護式放頂煤液壓支架158臺。其中中部支架147臺，機頭端頭組合支架1臺、排頭4臺、過渡1臺，機尾排頭支架5臺、過渡支架1臺。

3、水力壓裂放頂

為解決初采過程中頂板控制問題，在工作面安裝之前，在工作面切眼及順槽正幫實施水力壓裂初次放頂技術(shù)，以便弱化工作面前方頂板巖層。工作面安裝前做好鉆孔施工，對設(shè)計的L類鉆孔和S類鉆孔進行壓裂作業(yè)，每個鉆孔從距孔口最遠位置開始壓裂，每2m壓裂一次，每次壓裂不少于30min，為保證直接頂為完整巖層，利于回采過程的頂板管理，煤層上方2m范圍內(nèi)巖層不進行壓裂。通過對兩類鉆孔進行壓裂作業(yè)，保證切眼開始回采后兩端頭頂板能夠及時垮落。[2]

具體施工參數(shù)：

1、沿切眼正幫及順槽正幫垂直布置S類壓裂鉆孔，共26個，鉆孔長度39m，傾角50°；

2、沿切眼正幫垂直布置L類壓裂鉆孔，共16個，鉆孔長度40m，傾角25°；

3、鉆孔進尺總計=26個×39m/個+16個×40m/個=1654m；

4、壓裂順序：施工和壓裂切眼L孔----施工壓裂切眼S孔----施工順槽S孔；

5、壓裂層位：采用單孔多次壓裂工藝，L孔距孔口10m不壓裂，S孔距空口7m不壓裂，L孔壓裂次數(shù)為10次，S孔的壓裂次數(shù)為11次；

6、壓裂過程中壓力視現(xiàn)場情況調(diào)整。

4、工作面放頂效果

現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)：工作面機頭推進至21.2m、機尾推進至28.6m處時，中部20-155#支架直接頂垮落；工作面機頭推進至28.8m、機尾推進至34.0m工作面中部頂板全部垮落，工作面40-70#支架處人員感覺有颶風(fēng)從采空區(qū)吹出；工作面繼續(xù)推進，45-130#支架壓力增阻明顯，壓力集中在440-500bar范圍內(nèi)，平均約480bar，降架過程中支架安全閥開啟，呈射水狀噴射；工作面機頭推進至53.1m、機尾推進至59.2m處老頂來壓，52-85#、95-125#支架前梁處漏頂，漏頂高度約2.5m左右，大量矸石進入運輸機；工作面機頭推進至60.3m、機尾推進至66.4m時，兩順槽垮落，垮落至機頭正幫側(cè)組合支架后立柱處，導(dǎo)致后立柱采高較低。

通過對支架立柱上安裝壓力傳感器記錄數(shù)據(jù)，以及每班對礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象進行記錄，得出工作面在初采期間并沒有發(fā)現(xiàn)大面積的切頂、漏矸、片幫、以及支架立柱大量下沉等現(xiàn)象，說明水力壓裂初次放頂技術(shù)起到了作用，有效的防范了初采期間頂板的大面積垮落，保證了來壓期間的頂板安全。

5、結(jié)論

水力壓裂初次放頂技術(shù)是一項安全綠色的初次放頂技術(shù)，且初次來壓步距與深孔爆破強制放頂相比較明顯減小。采用水力壓裂可以有效保證綜采工作面初次放頂，解決初采期間大面積懸頂一次性垮落形成颶風(fēng)和沖擊的問題，有效的保證了人員和設(shè)備安全。

此外，該技術(shù)相比傳統(tǒng)的深孔預(yù)裂爆破具有以下優(yōu)點：一是減少了炸藥雷管等火工品的使用和運輸，有效的提高了安全性；二是杜絕了爆破產(chǎn)生的大量有毒有害氣體、啞炮瞎跑，更加綠色環(huán)保；三是水力壓裂比大量火工品使用更加經(jīng)濟合理。

參考文獻

[1] 馮彥軍，康紅普.定向水力壓裂控制煤礦堅硬難垮頂板實驗[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2012

[2] 劉會利，馮彥軍.錦界煤礦綜采工作面水力壓裂初次放頂?shù)V壓顯現(xiàn)規(guī)律[J].煤炭工程，2017

作者簡介

姓名：李斌，性別：男，年齡：38，民族：漢，畢業(yè)院校：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，專業(yè)：礦物資源工程，單位：中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，職務(wù)：項目總設(shè)計師，職稱：工程師。