深埋特厚煤层坚硬顶板多维分段水力压裂控冲减损技术
谭毅1
王宇2
何满潮3
李辉2
郭文兵4
李林猫5
刘伟东6
张少普2
1.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454000;煤炭安全生产河南省协同创新中心,河南焦作 454000;河海大学地球科学与工程学院,江苏南京 2100982.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 4540003.河海大学地球科学与工程学院,江苏南京 2100984.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454000;煤炭安全生产河南省协同创新中心,河南焦作 4540005.陕西崔家沟能源有限公司,陕西铜川 7270006.开滦矿业工程有限公司陕西铜川分公司,陕西铜川 727000
摘要：水力压裂技术是煤矿顶板弱化及冲击地压防治的有效方法之一.以陕西某煤矿2305特厚煤层综放工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验以及工程监测等手段对坚硬顶板区域弱化控制技术进行研究.基于"塑性绞线"理论构建基本顶"薄板结构"力学模型,提出了结合煤层采出过程中坚硬顶板初次破断临界状态积蓄的弯曲应变能及微震事件分布与响应特征确定水力压裂目标层位的方法,根据此方法确定2305工作面压裂目标层位为14.50m厚粗砂岩;构建流固耦合模式下应变软化数值计算模型,在目标层位设计有无定向分段水力压裂数值模拟对比试验,并引入强度-应力比参数对顶板局部稳定性进行分析.结果表明:定向长钻水力压裂有效破坏了基本顶的整体性并缩短了基本顶来压步距,初次来压步距降低了25.81％,周期来压步距降低了24.64％,减小了因顶板悬空面积过大而形成巨大动载及诱发冲击地压的可能性;根据2305工作面地质条件,设计定向长钻+常规浅孔的多维分段水力压裂施工方案,20号、21号、22号定向长钻孔压裂过程中分别出现30、35、23次3 MPa以上压降现象,定向分段水力压裂使顶板的整体性得到破坏,常规浅孔压裂过程中不同裂隙的拓展形式在压裂曲线上表现出双阶段稳定型及多阶段发育型的不同阶段性特征,顶板以及顶煤压裂效果显著;联合多种监测手段对2305工作面围岩活动进行监测,多维分段水力压裂技术的实施破坏了坚硬顶板的完整性,与未实施水力压裂的2303工作面相比,初次来压步距与周期来压步距分别降低24、12 m,降幅分别达33.33％、32.19％,有效减小了采面支架工作阻力,降低了大能量微震事件发生的可能性,为井下安全生产提供了保障.
关键词：特厚煤层坚硬岩层塑性力学水力压裂微震监测
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52322403)国家自然科学基金(52174108)国家自然科学基金(51974105)河南省优秀青年科学基金资助项目(222300420045)
论文发表日期：2025-02-28
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( 794-809 )
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