水力致裂弱化堅(jiān)硬頂板井下試驗(yàn)研究.pdf

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1、水力致裂弱化堅(jiān)硬頂板井下試驗(yàn)研究任建慧(中國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司寸草塔煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000)摘要：本文分析了水力致裂弱化堅(jiān)硬頂板的原理，在此基礎(chǔ)上分析了水力致裂效果主要影響因素，提出采用高壓水進(jìn)行注水來達(dá)到頂板弱化的目的。闡述了水力致裂工藝的實(shí)施步驟，并以寸草塔煤礦22106工作面堅(jiān)硬頂板作為研究對(duì)象，對(duì)其實(shí)施了水力致裂試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，按照設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案對(duì)22106工作面頂板進(jìn)行水力致裂，確定了頂板水力致裂半徑為8m左右，有效降低了該堅(jiān)硬頂板的強(qiáng)度和整體性，增加了頂板的裂隙率。關(guān)鍵詞：水力致裂；堅(jiān)硬頂板

2、；弱化；工藝；效果分析中圖分類號(hào)：F403．7；TD327．2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號(hào)：1008—0155(2014)O9—0110—0l堅(jiān)硬頂板工作面頂板硬度大、強(qiáng)度高、巖性致密程鉆機(jī)、各種管路、封口器、閥門、壓力表、鉆孔窺視儀等。度高、節(jié)理裂隙發(fā)育程度低，在開采過程中容易形成大高壓泵站是水力致裂系統(tǒng)的動(dòng)力源，閥門和管路進(jìn)行面積懸頂，來壓時(shí)強(qiáng)度極大，頂板垮落時(shí)容易引起“沖高壓水的控制與傳輸，壓力表可以實(shí)時(shí)對(duì)頂板注水壓擊風(fēng)暴”，甚至?xí)?dǎo)致沖擊地壓的發(fā)生。理論研究和生力進(jìn)行顯示，鉆孔窺視儀用來觀測(cè)致裂鉆孔情況。產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，沖擊地

3、壓常常發(fā)生在堅(jiān)硬頂板工作面所在進(jìn)行水力致裂施工時(shí)，首先利用鉆機(jī)在需要弱開采的煤層中，尤其在整體性強(qiáng)、致密性高，呈厚層狀化的堅(jiān)硬頂板區(qū)域打設(shè)q)46mm的致裂注水孔，孔深度的頂板煤層中。因此，可以采取一定措施控制頂板垮為8～12m；然后用風(fēng)鉆在致裂注水孔附近2m、4m、6m落步距來防止沖擊地壓的發(fā)生。以往多采用深孔欲裂和8m位置打設(shè)q)42mm的觀測(cè)孔，觀測(cè)孔深度不超過爆破和強(qiáng)制放頂來處理堅(jiān)硬頂板，前者對(duì)于高瓦斯礦8m，利用鉆孔窺視儀觀測(cè)水力致裂處理頂板效果。致井存在較多安全隱患，后者工序復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，裂注水鉆孔打設(shè)完畢

4、后，利用鉆孔窺視儀對(duì)致裂孔的施工難度大，影響正常回采作業(yè)。水力致裂是石油開煤壁情況進(jìn)行觀測(cè)，若致裂孔壁上出現(xiàn)離層、裂隙時(shí)則采領(lǐng)域常用的一種壓裂方式，其作用原理是利用水力廢棄該孔，在其周圍3m范圍內(nèi)重新打設(shè)致裂注水孔；進(jìn)行劈裂巖層，在波蘭等國(guó)家的煤礦處理堅(jiān)硬頂板時(shí)致裂鉆孔若滿足要求，則可將鉆機(jī)鉆頭換成切槽刀具也得到應(yīng)用。應(yīng)用水力致裂技術(shù)可以通過水力作用來送入鉆孔緩慢鉆進(jìn)，約鉆進(jìn)5cm即停止鉆進(jìn)。改變頂板物理巖性，降低頂板強(qiáng)度，促使頂板垮落，該致裂注水鉆孔施工完畢后，依據(jù)致裂孔布置形式、方法實(shí)施工序簡(jiǎn)單，成本較低，對(duì)開采影響程度

5、較小。頂板物理巖性、注水泵等確定合理的注水壓力。將高1水力致裂技術(shù)原理壓管伸至致裂注水孔底部，利用封口器進(jìn)行封孔，并確研究認(rèn)為，工作面頂板巖層由多種礦物質(zhì)組成，而保封口效果，確保在致裂孔注水過程中不出現(xiàn)漏水。大部分巖石均含有遇水易于膨脹的粘土質(zhì)礦物。根據(jù)開啟高壓泵進(jìn)行注水，實(shí)時(shí)觀測(cè)注水壓力表讀數(shù)，直至水對(duì)莫爾一庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行分析，在水力作用下巖頂板有輕微的巖石破裂聲時(shí)密切注意觀測(cè)孔水流情層會(huì)發(fā)生一定程度的破壞。用損傷力學(xué)進(jìn)行分析，在況，若觀測(cè)孔水質(zhì)由渾至清，流量從小到大，則說明注水的作用下，巖層發(fā)生的微觀結(jié)構(gòu)變化可導(dǎo)致其物

6、理水已經(jīng)達(dá)到頂板致裂的目的，直至距離致裂注水鉆孔特性的改變，促使巖體礦物顆粒黏結(jié)度降低，巖體強(qiáng)度最遠(yuǎn)處的觀測(cè)孔出現(xiàn)流量較大的清水方可停止注水。整體降低。水對(duì)巖體強(qiáng)度的影響主要表現(xiàn)在水的壓力3工程試驗(yàn)3．1工作面概況和水作用下的巖石損傷，水的壓力可以降低巖體破裂面正壓力，降低巖體礦物顆粒摩擦阻力，促使巖體內(nèi)部試驗(yàn)該工作面為寸草塔煤礦22106工作面，該工裂隙擴(kuò)大和延伸，增加水在巖體內(nèi)的滲透程度；水力對(duì)作面所采煤層為22#煤層，工作面內(nèi)煤層老頂為7．22—16．88m的粉砂巖，直接頂為厚度7．55—11．51m的砂巖層的損傷如上

7、述損傷力學(xué)分析。因此，在利用水力質(zhì)泥巖。偽頂為0～0．5m的泥巖，直接底為1．75～15．7m致裂進(jìn)行處理堅(jiān)硬頂板時(shí)應(yīng)注入高壓水，通過高壓水的砂質(zhì)泥巖。工作面基本頂由粉粒砂巖組成，該砂巖力作用改變巖層物理特性，降低其強(qiáng)度和整體性，促使呈灰白色厚層狀結(jié)構(gòu)，致密性較高，硬度較大，根據(jù)實(shí)其內(nèi)部裂隙發(fā)育，從而可達(dá)到控制頂板的目的。2水力致裂工藝驗(yàn)室力學(xué)實(shí)驗(yàn)可得該砂巖普式硬度f=10—15，基本頂抗拉強(qiáng)度為9—11MPa，可見該工作面屬于堅(jiān)硬頂板工水力致裂處理頂板所用設(shè)備主要包括高壓泵站、作面。收稿日期：2014—05—053．2水力

8、致裂頂板工藝實(shí)施作者簡(jiǎn)介：任建慧(1987一)，內(nèi)蒙古烏蘭察布市人，2011年在22106工作面回風(fēng)順槽按照預(yù)定設(shè)計(jì)好的方案7月畢業(yè)太原理工大學(xué)采礦工程專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)就職于中進(jìn)行打設(shè)致裂注水鉆孔l#~fn2#，兩鉆孔間距為26m；利國(guó)神華神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司寸草塔煤礦。用鉆孔窺視