定向割缝水力致裂顶板关键参数研究.pdf

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1、Vo1．23，No．4第23卷第4期中国矿业2014年4月CHINAMININGMAGAZINEApr．2014黻定向割缝水力致裂顶板关键参数研究范军，窦林名，贺虎。(1．中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221116；2．中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州221116；3．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116)摘要：煤矿坚硬顶板是诱发各种动力灾害的主要原因之一，针对传统坚硬顶板处理的缺点，提出了预制定向裂隙高压水力致裂坚硬顶板技术。作为一项治理坚硬顶板的新技术，其关键参数及其确定方法缺乏相应研究

2、，制约了该技术的工业应用。本文基于关键层弹性板与“砌体梁”理论，给出了坚硬顶板应力解析解与破断判据，在此基础上，研究了预制裂隙致裂顶板总深度、分层厚度、裂隙扩展后最大悬顶长度、预制裂隙倾角4项关键技术参数确定方法与公式，从而为该技术的推广应用奠定了基础。现场工业性试验验证了所提方法的可靠性，治理坚硬顶板型冲击矿压效果显著。关键词：坚硬顶板；定向致裂；动力灾害；关键参数中图分类号：TD313文献标识码：A文章编号：1004—4051(2014)04—0079—05Keyparametersofdirectionalhydraulicf

3、ractureofhardroofFANJun，DOULin—ming，HEHu(1．SchoolofMines，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221116，China；2．StateKeyLaboratoryofCoalResourcesandSafetyMining，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221116，China；3．SchoolofResourceandEarthScience，ChinaUniversity

4、ofMiningandTechnology，Xuzhou221116，China)Abstract：HardroofiSoneofthemainfactorsthatinducingdynamicdisastersincoa1mines．Asanewtechnologyforcontrollinghardroof，directionalhydraulicfracturingislackofresearchesespeciallythekeyparametersanditsdeterminationmethodwhichseverel

5、yrestricttheindustrialapplicationofthistechnology．Basedontheelasticplateandvoussoirbeamtheory，theanalyticalstresssolutionsandfracturecriterionofthehardroofaregiveninthispaper．Fourkeyparametersthattotalandfracturingthickness，sublevelfracturingthickness，maximumhangingroo

6、fafterfracturingandthefracturingdipanglewereputforward，atthesametimethedeterminationmethodandformulaofthefourkeyparameterswerestudied，theresearchresultslaidafoundationforthepromotionapplicationsoftechnology．Keywords：hardroof；directionalfracturing；dynamicdisaster；keypar

7、ameter煤矿生产中通常将冲击矿压、顶板大面积来压、常规矿压显现，严重威胁矿井的安全生产l1]。国内矿震等事故称之为动力现象，其突然、急剧、猛烈的外研究均表明，顶板岩层结构，特别是煤层上方坚破坏特征造成重大设备损坏与人员伤亡，甚至引起硬、厚层砂岩顶板是诱发动力灾害的主要因素之一，地表塌陷和引发局部地震，致灾烈度、规模均远大于动力灾害较严重的矿区普遍存在坚硬顶板结构，如兖州济宁三号井、大同忻州窑矿、徐州三河尖煤矿、义马常村煤矿、甘肃华亭煤矿、北京木城涧煤矿等，收稿日期：2013—12-07基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)

8、项目资助(编号：每年发生坚硬顶板型冲击动力灾害数十起。波兰西2010CB226805)；国家自然科学基金和神华集团有限公司联合项目里西亚煤田、德国鲁尔矿区冲击矿压的主要原因同资助(编号：51174285)；江苏高校优势学科建设工程项目