干河煤矿回采巷道水力压裂卸压技术应用_薛小龙.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：以干河煤矿2-2 0 9工作面2 0 9 2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5 0%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。关键词：回采巷道；底鼓变形；切顶卸压；水力压裂；超前支承压力中图分类号：TD8 2-9；TD3 2 2+.5文献标识码：B文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 1 0 3-0 3Application of Hydraulic Fracture Pressure Relief in Gateway of Ganhe CollieryXue Xiaolong(Huozhou Coal Power Group,Shanxi Coking Coal Group,Huozhou,Shanxi 031400)Abstract:Taking 2092 roadway of 2-209 working face,Ganhe Colliery as the engineering background,to solve the seriousroadway deformation,the author proposes hydraulic fracture pressure relief,whose application shows that the maximumdeformation of the roadway roof,floor and both sides is reduced by about 50%compared with that of the uncapped roadwaysection,and the influence of the advance abutment pressure is weakened,which solves the repeated maintenance of the miningroadway,realizes the safe and efficient mining of the working face,and achieves good economic and safety benefits.Key words:gateway;floor heave deformation;roof cutting pressure relief;hydraulic fracture;advanced abutment pressure干河煤矿回采巷道水力压裂卸压技术应用薛小龙（山西焦煤集团霍州煤电集团，山西霍州0 3 1 4 0 0）霍州煤电集团下属干河、辛置、李雅庄等矿井所开采的上组煤2#煤埋藏深，且受断层等构造的影响，在深部高地应力作用下，回采面巷道两帮回缩、底鼓严重。特别是工作面开采期间，邻近上区段工作面采空区的回采巷道超前段变形严重、维护量大，存在严重的安全隐患，个别工作面甚至受影响而无法正常生产，被迫提前结束回采工作，造成浪费大量煤炭资源1。为有效解决此类巷道过度变形的问题，以干河煤矿2-2 0 9工作面2 0 9 2巷为工程实例（该巷道现场矿压破坏特征如图1所示），拟定采用水力压裂切顶卸压技术，并通过工程实践验证水力压裂切顶卸压效果和适用性，为下一步采用定向水力压裂切顶卸压在留巷中的技术应用提供技术支撑与保障2，也可为受动压影响的辛置、李雅庄等煤矿回采巷道治理提供借鉴经验。1工程概况干河煤矿是霍州煤电集团的主力生产矿井，现开采煤层为1#、2#合并厚煤层区3.9m，夹矸平均0.6m左右。煤层结构1.9 1(0.2 1.0)1.5 9，煤层倾角1 1 1，平均5，煤层直接顶为均厚1.6m的粉砂岩，老顶为均厚4.2m的深灰色泥岩，直接底为均厚1.6m的粉砂岩，老底为均厚2.7m的灰黑色泥岩。2-2 0 9工作面为矿井主采面，位于+8 0水平二采区右翼，东侧为井田边界，北部和西部均为未开采区域，南东侧邻近2-1 0 0工作面（已回采），区段煤柱宽度为3 0m。2 0 9 1巷为实体煤中掘进，2-2 0 9工作面回采期间超前采动应力影响不大，超前支护段几乎没有明显变形。2 0 9 2巷与2-1 0 0工作面采空区间净煤柱为2 5m，掘进期间成型和支护效果良好，巷道未见明显变形。但2 0 9工作面回采进入到2-1 0 0采空区影响范围后，2 0 9 2巷超前影响段变形明显，超前1 8 0m左右即有底板硬化层开裂，出现底鼓，超前6 0m范围内巷道变形严重，底板鼓起，两帮移近，顶板出现破碎网包，变形最严重处巷宽由4.8m缩至图12092巷道底鼓情况1 0 3江西煤炭科技2023年第1期3.5m，巷高由3.6m减至2.3m，起底量和超前维护量巨大。2水力压裂技术应用结合2 0 9 2巷现场实际情况，共设计两种压裂钻孔，施工机具为Z D Y 1 2 0 0 S钻机，钻头直径5 6mm，其中压裂钻孔S，布置在距2 0 9 2巷实体煤帮1.5m处，钻孔与巷道轴线方向垂直，与水平方向向上仰斜5 0 钻进，钻孔总长度4 0.5m，垂直高度3 1m，孔间距1 0m；压裂钻孔S，布置在距2 0 9 2巷实体煤帮1.0m处，钻孔与巷道轴线方向夹角5 1 0，与水平方向向上仰斜5 0 钻进，钻孔总长度4 0.5m，垂直高度3 1m，孔间距1 0m。根据2 0 9工作面附近2#煤岩层柱状图确定卸压钻孔目标层位为均厚8.9m的细粒砂岩，压裂钻孔布置详细情况如图2所示。（a）压裂钻孔布置平面（b）压裂钻孔布置剖面图22092巷压裂钻孔布置干河煤矿之前在2-1 0 2 2巷（与2-1 0 0工作面间隔三条大巷）进行过围岩地质力学测试，测得顶板岩层水平方向最大主应力1 6.1 8M P a，最小主应力8.3 8M P a，顶板细粒砂岩层厚在5m左右，岩层强度约为5 7.3 2M P a；粉砂岩层厚在5m左右，岩层强度约为3 7.4 5M P a。裂缝起裂压力理论计算公式3：Pb=3 m i n-m a x+t，由此确定高压注水压力6 2M P a。顶板钻孔水力压裂工艺流程为：封孔，孔器分为两部分，分别为封隔器胶囊和中心管，采用高压注水钢管将其送入孔内指定深度后，采用手动泵在胶囊内注入高压水，在中心管形成密闭空间。压裂，动水压仪、高压水泵，向钢管内注入高压水，同时观察压力表、流量计的读数，压力致使围岩开裂时压力会突然降低，之后保持该水压进行压裂，具体保压时间根据现场实际情况而定，若出现巷道表面、邻近钻孔渗水现象即刻停止注水。断水断电，封孔器卸压，将封孔器拉出7m，进行下一次的压裂工作。顶板水力压工艺的详细组成如图3所示。图3顶板水力压裂工艺3应用效果2 0 9 2巷顶板水 力 压 裂 切 顶 卸 压 段 总 长 度2 2 0m，为了评价压裂效果，对切顶前后2 0 9 2巷超前支承压力影响下顶板下沉量、底板底鼓量、两帮移近量分别进行监测，共布置1 3个测站，测站间距为2 0m，表面位移监测方法为十字布点法4。其中切顶前测站为3个（A、B、C测站），切顶后测站1 0个（1#1 0#测站），依据现场结果，整理得到巷道表面变形量随着与工作面距离的变化，以底板底鼓量为例，其变化曲线如图4所示，压裂前，底鼓量超前工作面约1 0m时开始明显增大，距工作面小于5 0m时开始剧烈增大，最终底鼓量达到0.5 2 0.7 2m，平均为0.6 2m，底鼓量大，采动影响特征明显。压裂后，多数测点在距回采工作面距离大于1 0 0m时即出现轻微的底鼓现象，但在距工作面4 0 1 0 0m期间，大部分区域的底鼓量均保持不变，与工作面距离小于2 0m时，底鼓量才开始明显增大，最终达到的最大值为0.1 7 0.3 2m之间，平均0.2 5m，底板底鼓量较小，不影响巷道正常使用，底鼓量只相当于切顶前的5 9.7%，切顶卸压效果显著。根据现场监测结果，切顶后，顶板下沉量平均值减小约4 8.3%，两帮移近量平均值减小约6 2.4%，切顶后，巷道受到回采工作面采动1 0 4江西煤炭科技2023年第1期影响程度显著降低，围岩整体稳定性显著提高，取得较好的安全效益。（a）压裂前（b）压裂后图4底鼓量变化曲线2 0 9 2巷采取水力压裂切顶卸压措施后巷道效果如图5所示，效果主要有：安全方面，消除了副巷安全出口达不到安全标准化要求的宽度，防范了安全风险，降低了端头职工操作的难度，创造了安全环境，确保了安全效益最大化；实现正规循环生产，减少了非正常作业，保证了生产组织正常进行。经济方面，降低了二次维护巷道所投入的材料费用，提高了单产，减少了人员的投入。技术方面，可减小煤柱的留设，提高回收率；在近距离煤层开采方面，可降低下层煤在开采过程中的应力集中问题；初采、末采可超前预裂顶板，降低煤柱的压力，降低初采时初次垮落步距；可为沿空掘巷、沿空留巷等提供好的示范作用；掘进巷道可降低支护强度，提高掘进单进水平。4结语干河煤矿2 0 9 2巷在超前支承压力影响下巷道变形严重，底板鼓起，两帮移近。为解决该问题，拟定采用水力压裂卸压技术；根据巷道具体地质条件通过理论分析、数值计算设计具体的水力压裂方案；应用表明，水力压裂超前卸压效果非常显著，巷道底鼓量、顶板下沉量、两帮移近量均值分别减小5 9.7%、4 8.3%、6 2.4%，超前支承压力的影响显著减弱，巷道围岩稳定性提高，不再需要专门起底及二次维修，彻底解决了动压影响巷道的问题。参考文献：1 翟振宇.斜沟煤矿迎采掘巷水力压裂切顶卸压技术研究J.邹城：煤矿现代化，2 0 2 2，3 1（2）：9 8-1 0 0.2 郭壹贵.霍尔辛赫矿井沿空留巷水力压裂切顶卸压技术研究应用J.长治：煤，2 0 2 1，3 0（8）：3 8-4 0，5 6.3 温忠强.1 8 1 0 4材料巷水力压裂切顶卸压技术实践J.长治：煤，2 0 2 1，3 0（6）：4 9-5 1，5 4.4 王涛.三交河煤矿1 1-2 0 1工作面两巷水力压裂切顶卸压技术研究J.山东煤炭科技，2 0 2 1，3 9（5）：1 5 6-1 5 8.作者简介：薛小龙（1 9 8 8），男，山西永济人，2 0 1 3年毕业于太原理工大学采矿工程专业，工程师，现从事采掘管理技术工作。收稿日期：2 0 2 2-0 5-0 8编辑：李永华图52092巷采取水力压裂技术后巷道效果1 0 5