大空间坚硬顶板地面压裂技术与应用
于斌1
高瑞2
夏彬伟1
匡铁军3
1.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆4000442.太原理工大学矿业工程学院,山西太原0300243.晋能控股集团,山西大同037000
摘要：坚硬顶板强度高、破断步距大,矿压作用强烈,是煤矿顶板控制的一大难题,特别是特厚煤层开采条件时,因开采扰动范围广,大空间坚硬顶板破断失稳,造成采场矿压显现更加复杂、强烈.研究表明,坚硬顶板特厚煤层开采,高位厚硬岩层的破断失稳是造成采场强矿压的主要因素,但现有井下预裂技术无法控制.为此,提出了煤矿坚硬顶板地面压裂控制采场矿压的方法,开展了大型真三轴原位试件(2 060 mm×1 200 mm×1 200 mm)水力压裂试验研究,揭示了水压裂缝扩展形态及压裂全过程试件应力应变演化规律;给出了地面压裂关键层位范围,综合工作面采位、压裂层位、覆岩应力及裂隙发育特征,建立了压裂位置确定的理论模型及选取准则;给出了压裂面积-流量-时间的关系模型,得到压裂面积随压裂时间、流量的变化关系;研发了水压裂缝井上下微震一体化联合监测技术,综合前述研究,形成了大空间坚硬顶板地面压裂控制技术体系,并进行了垂直井、水平井压裂工程实践.结果 表明,地面压裂裂缝扩展范围大,垂直井分级压裂裂缝扩展长度达250,218 m,裂缝宽度30 ～120 m,水平井分段压裂裂缝扩展长度196 ～216 m,裂缝高度43 ～50 m,裂缝扩展均覆盖了工作面范围,穿透了压裂目标层.井下采场矿压监测表明,工作面开采至压裂裂缝扩展区内,支架阻力降低21％,煤壁片帮率减少23％,超前单体无任何弯曲折损现象,巷道围岩稳定,压裂控制效果好.可见,坚硬顶板地面压裂技术,可从源头杜绝采场强矿压的发生,探索了煤矿领域坚硬顶板控制的新途径,为解决类似由高位岩层、高位结构失稳引起的矿压灾害控制提供借鉴.
关键词：坚硬顶板地面压裂压裂参数水平井垂直井
分类号：TD323(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2018YFC0604500)山西省揭榜招标资助项目(20191101015)
论文发表日期：2021-03-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：12( 800-811 )
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