水力致裂弱化坚硬顶板井下试验研究.pdf

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1、水力致裂弱化坚硬顶板井下试验研究任建慧(中国神华神东煤炭集团有限责任公司寸草塔煤矿,内蒙古鄂尔多斯017000)摘要:本文分析了水力致裂弱化坚硬顶板的原理,在此基础上分析了水力致裂效果主要影响因素,提出采用高压水进行注水来达到顶板弱化的目的。阐述了水力致裂工艺的实施步骤,并以寸草塔煤矿22106工作面坚硬顶板作为研究对象,对其实施了水力致裂试验。试验结果表明,按照设计试验方案对22106工作面顶板进行水力致裂,确定了顶板水力致裂半径为8m左右,有效降低了该坚硬顶板的强度和整体性,增加了顶板的裂隙率。关键词:水力致裂;坚硬顶板

2、;弱化;工艺;效果分析中图分类号:F403.7;TD327.2文献标志码:B文章编号:1008—0155(2014)O9—0110—0l坚硬顶板工作面顶板硬度大、强度高、岩性致密程钻机、各种管路、封口器、阀门、压力表、钻孔窥视仪等。度高、节理裂隙发育程度低,在开采过程中容易形成大高压泵站是水力致裂系统的动力源,阀门和管路进行面积悬顶,来压时强度极大,顶板垮落时容易引起“冲高压水的控制与传输,压力表可以实时对顶板注水压击风暴”,甚至会导致冲击地压的发生。理论研究和生力进行显示,钻孔窥视仪用来观测致裂钻孔情况。产实践发现,冲击地

3、压常常发生在坚硬顶板工作面所在进行水力致裂施工时,首先利用钻机在需要弱开采的煤层中,尤其在整体性强、致密性高,呈厚层状化的坚硬顶板区域打设q)46mm的致裂注水孔,孔深度的顶板煤层中。因此,可以采取一定措施控制顶板垮为8~12m;然后用风钻在致裂注水孔附近2m、4m、6m落步距来防止冲击地压的发生。以往多采用深孔欲裂和8m位置打设q)42mm的观测孔,观测孔深度不超过爆破和强制放顶来处理坚硬顶板,前者对于高瓦斯矿8m,利用钻孔窥视仪观测水力致裂处理顶板效果。致井存在较多安全隐患,后者工序复杂,劳动强度较大,裂注水钻孔打设完毕

4、后,利用钻孔窥视仪对致裂孔的施工难度大,影响正常回采作业。水力致裂是石油开煤壁情况进行观测,若致裂孔壁上出现离层、裂隙时则采领域常用的一种压裂方式,其作用原理是利用水力废弃该孔,在其周围3m范围内重新打设致裂注水孔;进行劈裂岩层,在波兰等国家的煤矿处理坚硬顶板时致裂钻孔若满足要求,则可将钻机钻头换成切槽刀具也得到应用。应用水力致裂技术可以通过水力作用来送入钻孔缓慢钻进,约钻进5cm即停止钻进。改变顶板物理岩性,降低顶板强度,促使顶板垮落,该致裂注水钻孔施工完毕后,依据致裂孔布置形式、方法实施工序简单,成本较低,对开采影响程度

5、较小。顶板物理岩性、注水泵等确定合理的注水压力。将高1水力致裂技术原理压管伸至致裂注水孔底部,利用封口器进行封孔,并确研究认为,工作面顶板岩层由多种矿物质组成,而保封口效果,确保在致裂孔注水过程中不出现漏水。大部分岩石均含有遇水易于膨胀的粘土质矿物。根据开启高压泵进行注水,实时观测注水压力表读数,直至水对莫尔一库伦强度准则进行分析,在水力作用下岩顶板有轻微的岩石破裂声时密切注意观测孔水流情层会发生一定程度的破坏。用损伤力学进行分析,在况,若观测孔水质由浑至清,流量从小到大,则说明注水的作用下,岩层发生的微观结构变化可导致其物

6、理水已经达到顶板致裂的目的,直至距离致裂注水钻孔特性的改变,促使岩体矿物颗粒黏结度降低,岩体强度最远处的观测孔出现流量较大的清水方可停止注水。整体降低。水对岩体强度的影响主要表现在水的压力3工程试验3.1工作面概况和水作用下的岩石损伤,水的压力可以降低岩体破裂面正压力,降低岩体矿物颗粒摩擦阻力,促使岩体内部试验该工作面为寸草塔煤矿22106工作面,该工裂隙扩大和延伸,增加水在岩体内的渗透程度;水力对作面所采煤层为22#煤层,工作面内煤层老顶为7.22—16.88m的粉砂岩,直接顶为厚度7.55—11.51m的砂岩层的损伤如上

7、述损伤力学分析。因此,在利用水力质泥岩。伪顶为0~0.5m的泥岩,直接底为1.75~15.7m致裂进行处理坚硬顶板时应注入高压水,通过高压水的砂质泥岩。工作面基本顶由粉粒砂岩组成,该砂岩力作用改变岩层物理特性,降低其强度和整体性,促使呈灰白色厚层状结构,致密性较高,硬度较大,根据实其内部裂隙发育,从而可达到控制顶板的目的。2水力致裂工艺验室力学实验可得该砂岩普式硬度f=10—15,基本顶抗拉强度为9—11MPa,可见该工作面属于坚硬顶板工水力致裂处理顶板所用设备主要包括高压泵站、作面。收稿日期:2014—05—053.2水力

8、致裂顶板工艺实施作者简介:任建慧(1987一),内蒙古乌兰察布市人,2011年在22106工作面回风顺槽按照预定设计好的方案7月毕业太原理工大学采矿工程专业,助理工程师,现就职于中进行打设致裂注水钻孔l#~fn2#,两钻孔间距为26m;利国神华神东煤炭集团有限责任公司寸草塔煤矿。用钻孔窥视

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