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同煤创新坚硬顶板地面压裂控制技术

2019-3-12 9:07:59 来源:中国矿业报 本报记者:洪浪 通讯员 刘雨亭

由同煤集团与重庆大学联合研发的“煤矿坚硬顶板地面压裂控制技术”,日前获得中国煤炭工业协会科学技术一等奖。

同煤集团经过60多年的开采,开采阵地逐渐由侏罗系向石炭系转移。较之侏罗系煤层,石炭系的煤层厚度大、顶板结构复杂、强度高、整体性强,作业时矿压显现强烈,毫无规律可言,造成支架压死、巷道变形,严重影响安全生产。

同煤集团从2016年起,联合重庆大学,组织技术人员开展立项研究。项目主要完成人于斌、匡铁军、田利军、刘锦荣等人在国家重点研发项目“深部岩体原位力学行为研究”等理论支撑下,提出了地面水力压裂坚硬顶板控制矿压的方法。这种方法针对石炭系煤层90%以上为砂岩的情况,利用压裂液与砂岩发生化学反应,溶蚀孔隙内的矿物,使孔隙增加的原理,降低裂缝面的岩体强度,达到释放矿压的目的。项目组还先后完成了水力压裂弱化机理、坚硬顶板目标层判定、采动应力场水压裂缝扩展规律、地面压裂精准控制技术及参数优化等方面的研究和测试,为项目进一步实施奠定了基础。

在实验测试过程中,同煤集团先后在地面、井下工作面和物理实验室开展工作,研发人员将观测设备安装在井下进行精准测算,分析回采参数、坚硬顶板层位、厚度及强度对矿压的影响,获得了水压裂缝扩展规律及分布特征,为压裂裂缝扩展控制找到了理论依据。在研发过程中,共取得“地面压裂坚硬顶板控制采场矿压技术”“地面水力压裂弱化坚硬顶板工艺及参数”“微震监测裂缝扩展技术”等5项创新成果。

煤矿坚硬顶板地面压裂控制技术的首批实验应用地是塔山矿8101工作面和同忻矿8202工作面。这两个工作面上覆两层坚硬顶板,实施地面水力压裂后,产生的水压裂缝对坚硬顶板形成了明显的分层效果,有效控制支架阻力和超前支承应力,使支架平均工作阻力降低21%,超前支承应力降低30%,煤壁片帮率减少23%,回采期间未出现强矿压显现。

此外,经过地面水力压裂对坚硬顶板实施控制,使试验巷道受到的采动矿压影响显著减小,无需返修;经过煤柱宽度优化及支护方案的调整,超前支护段不再需要木垛,两项共可节支近千万元。

此项技术突破了传统井下水压致裂坚硬顶板时作业空间的局限性,对坚硬顶板层位、压裂时机和压裂范围进行精准控制,实现了覆岩坚硬顶板控制的全覆盖,填补了高位坚硬顶板控制的空白,推动了我国坚硬顶板强矿压控制技术进步。□

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