厚硬顶板冲击地压井下长钻孔压裂防治关键技术装备与工程实践
郑凯歌1
郭伟2
张俭2
孙四清2
赵继展2
陈冬冬2
戴楠2
王泽阳2
王豪杰2
杨森2
王林涛2
张谦2
方秦月2
1.中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西 西安 710077;安徽理工大学地球与环境学院,安徽 淮南 2320012.中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西 西安 710077
摘要：针对厚硬顶板诱发冲击地压的防控难题,突破传统局部卸压治理模式,开展井下长钻孔压裂关键技术与装备研究,建立超前时空协同的顶板弱化改造体系.基于"地质-应力-能量"协同作用理论,采用理论建模-装备研发-工程验证相结合的研究方法,通过构建三维判识模型、研发定向成孔装备、创新压裂工艺参数、开发监测评价系统等技术路径,系统开展厚硬顶板水力压裂防治技术研究.研究表明:①建立的"地质结构-应力场特征-能量积聚度"三维判识模型,实现压裂目标层的多维度定量识别;②研制的可变幅大倾角超高位成孔平台,倾角调节达 50°,成孔效率提升 20%以上,孔深可达 1000 m以上,剖面高度可达 100 m以上;③研发的低速大流量压裂泵组(排量 2.8 m3/min,压力 80 MPa)与多参量监测系统,实现压裂过程动态调控,同时搭建了在线监测装备体系,实现压裂全周期的系统监测及治理效果的科学全面评价;④在纳林河二矿典型顶板强冲矿井开展了工程试验,治理后,煤体应力较邻近面降幅均超 60%;大能量微震事件频次及能量较本工作面非治理区域及邻近工作面降幅均在 70%左右,周期来压步距缩短 25%以上.从压裂裂隙网络弹性应变能耗散、缩短悬臂降低破断动能、分层垮落阻断动能传递路和高压水岩石弱化等多尺度协同作用机制,探讨了厚硬顶板定向长钻孔分段压裂"能量耗散-结构调控-路径阻断-强度弱化"卸压防灾机理.指出了构建数字孪生压裂参数智能优化平台和研发智能压裂成套装备发展方向,并提出单一防灾模式向"精准识别-智能调控-多灾联防"转型新思路.
关键词：顶板灾害关键压裂技术治理评价卸压机理技术展望
分类号：TD32(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(41807221)中煤科工西安研究院(集团)有限公司科技创新基金资助项目(2022XAYJS04)陕西省自然科学基础研究计划面上资助项目(2025JC-YBMS-397)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：18( 228-245 )
英文信息