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水力压裂技术处理煤矿坚硬顶板 效果竟然这么好!

国际煤炭网  来源:煤文化  日期:2017-01-18

煤矿开采中,坚硬顶板是指赋存在煤上方厚而稳定、坚硬的砂岩、砾岩或石灰岩等岩层,具有厚度大、强度高、整体性强、节理裂隙不发育、自承能力强等特点。

随着工作面的推进,坚硬顶板通常大面积悬露在采空区而不垮落,一旦垮落,常常伴随强烈的动载现象,造成工作面及临近巷道支护设备损坏、瓦斯浓度超限和人员伤亡,严重影响煤炭资源的安全开采。

我国大多数矿区,如大同、鹤岗、枣庄、通化、神府、乌鲁木齐、晋城、潞安、兖州等,均存在坚硬顶板控制的问题。针对坚硬顶板的控制,我国从20世纪50年代开始研究其控制,先后形成了步距式深孔放顶、循环浅孔放顶、端头强制切顶、超前深孔预爆破等以爆破为主的技术与工艺,为我国有效控制坚硬顶板提供了有力手段。然而,采用爆破控顶的方法,其不足之处亦较为突出,如工程量和炸药量大、成本高、污染井下空气,在高瓦斯矿井或煤层中应用爆破法控顶时,需采取防止瓦斯或煤尘爆炸的措施。

针对采用爆破控顶带来的一系列问题,有学者提出利用水力压裂技术进行坚硬顶板的控制,可有效避免爆破控顶带来的问题。我国的水力压裂控顶技术是从波兰引进的,随后对其技术原理和工艺过程展开了大量的研究,在此基础上进行了现场试验研究,取得了良好的效果,有力地推动了我国坚硬顶板控制理论与技术的发展。此外,研究表明,水力压裂技术还可应用于煤岩体的弱化、冲击地压的防治和煤层气的增透等领域。

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通过水力压裂控制煤矿坚硬顶板现场应用,可以得出以下结论:

①压裂过程显示,在压裂孔两侧的钻孔中有水流出,裂缝已扩展至该处,说明分段逐次压裂能够有效弱化顶板,破坏顶板的完整性;

②压裂后,支架工作面阻力得到明显改善,水力压裂可使顶板及时垮落,减小顶板来压对工作面支架的冲击;

③与爆破控顶相比,水力压裂控顶具有工程量小,安全性高,施工速度快、控顶效果好等特点。

作者:冯彦军,1980年出生,毕业于煤炭科学研究总院采矿工程专业,博士,师从康红普院士。现就职于煤炭科学研究总院开采设计研究分院巷道所,从事巷道矿压与支护技术、水力压裂技术研究。

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