煤矿水力压裂岩层控制技术及应用
康红普
冯彦军
赵凯凯
中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013;天地科技股份有限公司,北京 100013
摘要：随着煤矿开采深度与强度不断增加,岩层控制难题日益凸显,工作面强矿压、巷道围岩大变形、冲击地压及矿震等灾害日趋严重.水力压裂技术通过在岩层中产生人工裂缝,主动调控岩层结构与围岩应力场,达到弱化岩层和围岩卸压的目的,在解决岩层控制难题方面展现出巨大潜力和广阔前景.本文回顾了煤矿水力压裂岩层控制技术的发展历史,从理论分析、实验室试验及数值模拟角度介绍了水力压裂裂缝在岩层中扩展的研究成果,阐述了水力压裂裂缝扩展形态、特征、规律及主要影响因素;将煤矿岩层水力压裂技术分为 3 种,分别为井下压裂、地面压裂及井上下协同压裂,并对比分析了各种方法的特点、优势及适用条件;介绍了煤矿井下局部水力压裂、区域压裂、地面压裂工艺及成套装备,包括压裂泵组、工具串、切槽(缝)和射孔装置、监测系统等特性及主要技术参数.论述了水力压裂在巷道围岩卸压、工作面岩层控制及冲击地压防治的机理,揭示了水力压裂"岩层结构改造-岩层能量释放-围岩应力调控"的核心力学机制,并介绍了典型工程应用实例,展示千米深井软岩巷道卸压、10 m超大采高综采工作面强矿压控制、冲击地压与矿震灾害防治等工程的应用情况和显著效果.最后,分析了水力压裂目前存在的问题,展望了水力压裂岩层控制技术的发展方向:压裂理念向超前主动、区域化、一体化发展;压裂设计向定量化、可视化、动态化发展;压裂工艺与装备向精准化、自动化、智能化发展;压裂监测向多源化、精确化、实时化发展.最终,形成"精细探测—定量设计—智能施工—实时监测—全面评价—动态反馈"的水力压裂岩层控制技术体系,为煤矿安全高效开采提供技术支撑.
关键词：煤矿岩层控制水力压裂裂缝扩展应力调控围岩卸压
分类号：TD32(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2023YFC2907502)国家自然科学基金(52404129)中煤科工开采研究院科技创新基金资助项目(KCYJY-2026-ZD-01)中煤科工开采研究院科技创新基金资助项目(KCYJY-2025-MS-04)
论文发表日期：2026-02-28
在线出版日期：2026-03-10（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：34( 27-60 )
英文信息