煤矿地面水力压裂防冲机理及效果评价方法
马玉镇1
高永涛1
朱斯陶2
潘俊锋3
夏开文4
张修峰5
姜福兴1
刘金海1
王冰6
陈洋5
闫才1
1.北京科技大学土木与资源工程学院,北京 1000832.北京科技大学土木与资源工程学院,北京 100083;山东能源集团有限公司,山东 济南 2500143.中煤科工开采研究院有限公司,北京 1000134.中国地质大学(北京)工程技术学院,北京 1000835.山东能源集团有限公司,山东 济南 2500146.陕西彬长矿业集团有限公司,陕西 咸阳 711300
摘要：针对煤矿地面水力压裂防冲机理不明、防冲效果评价方法缺失问题,以孟村煤矿 401102工作面水力压裂施工为研究背景,采用理论分析、现场监测、颗粒流数值模拟等方法,研究了地面水力压裂后采场覆岩结构与厚硬关键层运动形式及过程调控机制,分析了实施地面水力压裂后厚硬关键层运动形式及过程变化诱发动载荷扰动影响特征与覆岩结构变化对采掘空间静载积聚程度影响特征,揭示了煤矿地面水力压裂防冲机理,提出了煤矿地面水力压裂防冲效果评价方法并进行了应用,结论如下:地面水力压裂施工将完整的厚硬岩层沿主压裂缝破断为多个压裂岩段,厚硬岩层运动形式及过程被调控为回转或滑移运动,其运动产生的矿震能量及采场等效附加扰动应力降低,此外采场覆岩结构的调控导致采场静载积聚程度发生变化,超前支承压力水平降低,冲击危险区范围减小;与采场静载相比,地面水力压裂措施调控动载效果更为显著,通过理论计算,401102工作面压裂后覆岩运动附加等效采场扰动应力为 1.72 MPa,走向支承压力峰值为42.26 MPa,冲击危险区影响范围为 12 m,比未采取压裂措施相比分别降低了 76.0%、8.5%、47.8%;压裂颗粒流数值模型中,压裂主裂隙为上覆岩层结构发育提供了路径,加速了压裂层位附近裂隙发育延展,促使压裂岩段发生回转或滑移运动,采场最终覆岩裂隙发育高度增加 30 m,各测点走向支承压力峰值平均降低 5.16 MPa;计算 401102工作面防冲效果评价参数W=0.62,综合评定压裂防冲效果为优秀.
关键词：地面水力压裂冲击地压颗粒流模拟坚硬顶板
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家重点研发计划(2022YFC3004604)国家自然科学基金(52374076)中国科协青年人才托举工程资助项目(2021QNRC001)
论文发表日期：2024-11-28
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：16( 4390-4405 )
英文信息