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科技創新

彬長礦業:在陜西煤炭系統率先應用高壓水力預裂防沖技術

作者: 彎桂清 呂大釗     時間: 2019-09-09     點擊: 129次    分享到:

近日,彬長礦業公司孟村礦與陜煤技術研究院合作開展的401101工作面高壓水力預裂頂板技術項目順利完成。該項目工期6個月,共施工壓裂鉆孔150余個、進尺6300余米。施工期間,整套設備運轉良好,可操作性強,安全穩定;項目實施后,工作面超前段微震事件的日均頻次和能量分別降低了63.3%55.7%,沖擊危險顯著降低。

該項目開創了高壓水力預裂技術在陜西煤礦沖擊地壓解危方面的先河,也標志著該公司沖擊地壓綜合防治技術體系建設邁出了新步伐、進入了新階段。

彬長礦區地質條件復雜,水、火、瓦斯、煤塵、頂板等各種災害威脅嚴重。2013年以來,受地域環境、煤體性能、采掘活動等多方因素影響,沖擊地壓災害在胡家河礦、孟村等礦井顯現。沖擊地壓是煤礦最嚴重的災害之一,到目前為止,國際巖石力學界和采礦工程界的專家學者都給予廣泛的關注和投入,進行了大量研究工作,但沖擊地壓的防治依然是世界性難題。為了有效減少沖擊地壓的發生,目前常用的治理方法有大直徑鉆孔卸壓、煤體卸壓爆破、頂板卸壓爆破、煤層注水卸壓等防沖措施。

高壓水力預裂技術是通過預先施工的鉆孔,在封孔器穩定保壓的條件下,利用高壓水在鉆孔內后退式分段壓裂,形成周邊裂隙,破壞和弱化煤巖體結構,從而達到削弱煤巖體靜載荷、降低沖擊危險的目的。

該項目在施工過程中,充分考慮操作工藝、鉆孔口穩定性、管路保護等安全注意事項,結合工作面周期來壓規律、微震事件活動情況,不斷優化調整鉆孔施工工藝及壓裂參數。采用氣動支腿代替人工推送預裂桿及封孔器,將鉆孔傾角由45°增加至70°,鉆孔深度由40m增加至45m,增加了頂板上覆巖層的有效壓裂厚度,由31.9m增加至42.3m,增加10.4m。壓裂期間水壓保持在20-55MPa,平均壓力40MPa。

研究實踐表明單孔壓裂半徑約10m,有效影響范圍達22.8m,預裂老頂的最大高度達26.3m。工作面推進至距離1#壓裂孔23m位置時,回風巷端頭86#-105#支架范圍內先后開始受到預裂作用和采動應力耦合作用影響,周期來壓時各支架工作阻力均值同比增大3-5MPa,說明預裂作用導致基本頂更易下沉或垮落。工作面推進至預裂區后,老頂受高壓水壓裂的切頂卸載效果影響,垮落相對充分,隅角懸頂問題有所改善。

該技術具有綠色環保、安全性好、可操作性強、預裂效果好等特點,在孟村礦的成功應用,為類似地質條件的省內沖擊地壓礦井的防沖工作提供了一種新途徑。(彎桂清 呂大釗)

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