水力壓裂初放工作面初采期間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

[摘 要]本文對采用水力壓裂初次放頂?shù)木C放工作面在初采期間的礦壓進行實測，通過觀察、分析、總結(jié)，得到初采期間的一些實測數(shù)據(jù)，對初次放頂結(jié)果進行評判，根據(jù)礦壓規(guī)律及頂板垮落效果顯示，水力壓裂是一項安全可靠的工作面初次放頂技術(shù)，為相似條件下的工作面水力壓裂初次放頂提供一定經(jīng)驗。

[關(guān)鍵詞]綜放 工作面 水力壓裂 初次放頂 礦壓

中圖分類號：TM912 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）16-0144-01

1、引言

井工煤礦工作面初采期間頂板不易管理，尤其是現(xiàn)代化礦井工作面高度高、長度大，初采期間頂板管理不好極易造成采空區(qū)大面積懸頂，一旦發(fā)生頂板大面積垮落，將會造成人員傷亡、設(shè)備損壞、降低工作效率。一般工作面初采期間多采取深孔爆破進行強制放頂，但爆破過程由于一次性使用大量火工品而存在較大隱患，水力壓裂初次放頂相比之下更加安全、經(jīng)濟、環(huán)保，所以對水力壓裂初次放頂?shù)V的壓顯現(xiàn)規(guī)律進行研究具有一定意義。[1-3]

2、工作面情況

神東公司布爾臺煤礦42201-1綜放工作面，布置在42煤二盤區(qū)，工作面按煤層傾斜方向布置，工作面傾向長度319.6m，走向長度3014.3m，工作面煤層平均煤厚度5.7m，傾角1-4°，工作面沿煤層走向推進，沿煤層底板回采，采煤機割煤高度為3.6m，放頂煤高度為2.1m。采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤采煤方法開采，全部垮落法管理頂板。工作面老頂為粉砂巖，厚度5-24m，平均厚度14m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚5-15m，平均厚度9m，直接底為砂質(zhì)泥巖，厚3-7m，平均厚度5m。液壓支架選用鄭煤機生產(chǎn)的ZFY18000/25/39D雙柱掩護式放頂煤液壓支架158臺。其中中部支架147臺，機頭端頭組合支架1臺、排頭4臺、過渡1臺，機尾排頭支架5臺、過渡支架1臺。

3、礦壓觀測

在工作面安裝之前，在工作面切眼及順槽正幫實施水力壓裂初次放頂技術(shù)，以便弱化工作面前方頂板巖層。

礦壓觀測方法：一是支架立柱上安裝壓力傳感器，PM32顯示立柱載荷數(shù)據(jù)，根據(jù)支架的PM32控制器上傳數(shù)據(jù)；二是現(xiàn)場每班記錄礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象的記錄，如頂?shù)装搴拖锏纼蓭鸵平?，工作面是否切頂、漏矸、片幫、支架立柱安全閥開啟、支架立柱下沉等。

3.1 直接頂?shù)某醮螖嗔雅c垮落

42201-1綜放工作面直接頂?shù)某醮慰迓湎扔晒ぷ髅嬷胁块_始，當工作面機頭推進21.2m，機尾推進至至28.6m處，工作面中部60-100#直接頂跨落，兩端各有約60部支架未跨落。工作面機頭推進至28.8m，機尾推進至34.0m，平均31.4m處時，工作面中部直接頂全部跨落，僅兩順槽未跨落，頂板跨落瞬間工作面40-70#支架內(nèi)作業(yè)人員明顯感覺有颶風從采空區(qū)吹出，但支架壓力未見明顯增大，支架壓力均在270-350bar之間，工作面未見大面積片幫、支架安全閥開啟或頂板抽條等礦壓顯現(xiàn)。

3.2 老頂?shù)某醮螖嗔雅c垮落

工作面繼續(xù)推進，支架增阻明顯，尤其工作面中部45#-130#支架，壓力達到420-480bar左右，平均約460bar，支架降架過程中支架立柱底缸受降柱壓力增大，支架安全閥有開啟現(xiàn)象，呈射水狀噴射。

42201-1綜放工作面機頭推進至53.1m，機尾推進至59.2m，平均56.1m處時，老頂來壓，工作面52-85#、95-125#兩段范圍內(nèi)支架前梁漏頂，冒落高度約2.5m左右，大量矸石進入運煤系統(tǒng)。此時，工作面支架壓力達到回采以來最大值，判斷為老頂來壓。來壓時，工作面30-110#支架壓力較大，均達到450bar以上，最大值在100#支架處達到501bar。

3.3 兩順槽的頂板跨落

當工作面機頭回采至60.3m、機尾66.4m處時，兩順槽頂板跨落，運輸順槽頂板跨落至機頭組合支架后立柱處，緊跟工作面，導致組合支架尤其正幫側(cè)組合支架后立柱受力增大，活柱行程較低，較難升起。

3.4 初次來壓分析

由圖1中可明顯看出，工作面在推進至54.0m以后，支架載荷明顯增大，工作面中部30-110#支架普遍達到400bar以上，靠工作面機頭機尾支架也均達到300bar以上，在回采56.1m后工作面中部老頂大面積來壓，回采至58.8m處后，老頂壓力逐漸分散，來壓持續(xù)距離2.7m，但30-50#、90-110#支架壓力，截止數(shù)據(jù)導出位置60.8m仍持續(xù)較大，該兩處范圍內(nèi)來壓持續(xù)距離4.7m，約6刀煤，預測在60.8m后數(shù)據(jù)導出后該范圍內(nèi)壓力將逐漸減小。

4、結(jié)論

綜上可見，采用水力壓裂初次放頂?shù)木C放工作面，在來壓期間局部支架壓力達到500bar，初次來壓步距在56m左右，要小于類似工作面采用深孔爆破強制放頂?shù)膩韷翰骄啵瑫r在初采期間工作面沒有發(fā)現(xiàn)大面積的切頂、漏矸、片幫、以及支架立柱大量下沉等現(xiàn)象，說明水力壓裂初次放頂技術(shù)起到了作用。

此外，因為是綜合機械化放頂煤開采工作面，在初采期間為了保證工作面頂板安全，在老頂初次垮落之前正?；夭?，暫不進行放煤工作。老頂跨落后進行正常放煤，初采期間采高保持在3.6m，一方面避免采高超過支架最大支護高度，導致支架不接頂，頂板維護困難而造成漏頂，同時又保證支架活柱有足夠的行程，以免來壓期間采高過低造成支架壓死。

參考文獻

[1] 劉會利，馮彥軍.錦界煤礦綜采工作面水力壓裂初次放頂?shù)V壓顯現(xiàn)規(guī)律[J]. 煤炭工程，2017

[2] 劉儒俠.大柳塔煤礦綜采工作面水力壓裂強制放頂技術(shù)探索[J]. 陜西煤炭，2016

[3] 馮彥軍，康紅普.定向水力壓裂控制煤礦堅硬難垮頂板實驗[J]. 巖石力學與工程學報，2012

作者簡介

李斌，性別：男，年齡：38，民族：漢，畢業(yè)院校：遼寧工程技術(shù)大學，專業(yè)：礦物資源工程，單位：中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司，職務(wù)：項目總設(shè)計師，職稱：工程師