斜沟煤矿迎采掘巷水力压裂切顶卸压技术研究

翟振宇

（山西焦煤西山煤电斜沟煤矿，山西 兴县 033600）

0 引 言

斜沟煤矿为保证正常的采掘衔接部署，拟在18104 工作面回采过程当中掘进相邻近18106 工作面的18106 皮带巷。迎采掘巷可以达到回采工作面机电设备就近搬迁和保证采掘接续效率的目的，将比通常工作面回采结束后再掘进邻近工作面回采巷道的工艺准备时间更短、更高效，然而回采和掘进两个生产作业会有影响作用区域，将会引起迎采掘进巷道围岩变形大和支护困难等问题。因此，为避免迎采掘进的18106 皮带巷受18104 工作面采动影响，需要将水力压裂切顶卸压技术应用于18104 材料巷的顶板处理当中，以减轻迎采掘进的18106 皮带巷受到的采动影响。

1 工作面情况

18104 工作面主采8 号煤层，工作面标高+765～+822 m，地面标高+1 003～+1 186 m，盖山厚度195～400 m。西侧为18102 工作面采空区，南侧为实煤区，东侧为18106 工作面。18104 工作面可采走向长度3 337.8 m，倾斜长283 m。煤层倾角为6.9°～10.8°，平均为8.8°。工作面煤层厚度为3.00～7.50 m，平均5.19 m，普氏硬度系数为3。18104 工作面煤层顶底板情况见表1。

表1 18104 工作面煤层顶底板情况表

18104 工作面采用综采工艺，采高5.19 m，循环进度0.8 m，超前支护长度30 m。18104 材料巷采用矩形断面，掘宽5.2 m，掘高3.8 m。迎采掘进的18106 皮带巷长度4 016 m，为矩形断面，掘宽5.8 m，掘高3.8 m。两巷均采用锚网索带联合支护形式，底板采用标号C25 的水泥硬化，高度200 mm。

2 水力压裂切顶卸压技术

2.1 水力致裂工艺

水力压裂的工艺示意如图1 所示，水利压裂系统由高压泵（含高压胶管、水箱和电控箱）、封隔器、安装杆、实时监控系统所组成，其施工工艺为打设钻孔→安装封孔器→开泵高压注水→停泵卸压→拆移相关装备。

图1 水力压裂工艺示意图

2.2 迎采掘巷围岩控制思路

工作面回采产生的动压主要是由覆岩中的厚硬中粗粒砂岩的破断失稳引起，而且其影响区集中在工作面后方60 m 范围，该坚硬岩层在采空区一定范围的持续活动和在巷道煤柱侧的悬顶附加载荷，将造成迎采动巷道围岩的持续不稳定。因此，为避免迎采掘进的18106 皮带巷受18104 工作面采动影响，需要将水力压裂切顶卸压技术应用于18104 材料巷的顶板处理当中，以破坏其顶板的整体性和稳定性，使其在回采过程中及时断裂卸压。水力压裂切顶卸压的原理如图2 所示。

图2 水力压裂切顶卸压原理图

3 水力压裂切顶卸压技术方案

在18104 材料巷内贴煤柱帮垂直向上施工水力压裂钻孔，距帮300～500 mm，钻孔长度为12 m，钻孔直径为42 mm，钻孔间距7 m，单排布置的方式，通过配套的小孔径封隔器对其实施分段压裂。由于坚硬顶板的厚度较大，因此需要多层压裂，考虑到分段距离会导致裂缝的贯通，一般不小于1.5 m，确定分段距离为2 m，也就是对基本顶进行5 段水力压裂。根据现场顶板和开泵注水的变化情况，适时调整水力压裂钻孔的长度、间距等参数。水力压裂钻孔布置如图4 所示。

图3 水力压裂钻孔布置

为了保证水力压裂过程中裂缝效果，采用大排量压裂方式，压力泵排量200 L/min。鉴于基本的较为坚硬，其普氏系数为6～7，抗拉强度为8～12 MPa，按水压富余系数为2 倍予以考虑，压力泵的所提供压力要大于40 MPa。

4 水力压裂切顶卸压技术措施

4.1 液压钻车安全技术措施

1）操作液压钻车只有经过培训合格被授权操作的专职司机才能操作，操作者限定2 人，1 人操作机器（操作者在开车前必须检查确认周围确实安全）、1 人更换钻杆，更换钻杆时需注意协调配合好，以防推力过大导致钻杆断裂崩伤更换钻杆人员。

2）开机前必须检查确认顶板的支护可靠并应认真检查机器状况，在装卸时一定要注意周围人员，避免在机器移动过程中碰撞人员。在破碎时，特别是破碎硬岩时，会产生一定的振动，造成冲击效率降低，良好的接地可以加强稳定性，减少振动。若施工深孔失效后，需在距原孔200 mm 处重新施工深孔。

4.2 水力压裂安全技术措施

1）现场作业人员要按规定程序进行注水作业操作，根据现场高空作业情况配置高凳或者搭设脚手架，若作业高度大于2 m，登高人员必须系安全绳防护。在注水地点附近要吊挂CO、CH4传感器，其有毒有害气体不超标时方允许通电开动。

2）在水力压裂作业时，作业人员要与注水孔的间距超过20 m，避免高压水流及水管窜出对作业人员造成人身安全伤害。若出现钻孔中涌出大量裂隙水时，必须立即断电并停止施工，在保证安全的情况下用封隔器封闭钻孔，其他作业人员要马上撤出，待地测部门查清情况排除隐患后，方允许继续施工。

3）在结束水力压裂作业后，采用黄泥来封闭钻孔，其封闭长度自钻孔口往孔内要大于1 m，在高压泵断电撤出封隔器前，注水钻孔附近禁止作业人员进入，避免封隔器滑出对作业人员造成人身安全伤害。

5 水力压裂切顶卸压技术效果

为检验水力压裂切顶卸压技术应用效果，图4所示为水力预裂5 号钻孔窥视结果。

图4 水力预裂5 号钻孔窥视结果

由图4 可以看出，受高压注水的影响，水力预裂5 号钻孔在3～4 m、7～8 m 的范围内具有显著的竖向裂隙带，其宽度范围为1～4 mm。因此，在工作面回采过程当中，竖向裂隙带可以及时延伸发展，坚硬的厚层基本顶也可以被及时切断垮落，从而保证迎采掘进巷道围岩的稳定性。

6 结 语

为避免迎采掘进的18106 皮带巷受18104 工作面采动影响，通过将水力压裂切顶卸压技术应用于18104 材料巷的顶板处理当中，通过钻孔窥视对水力压裂切顶卸压技术应用效果进行检验得出，受高压注水的影响，水力预裂5 号钻孔在3～4 m、7～8 m 范围具有显著的竖向裂隙带，其宽度范围为1～4 mm。因此，在工作面回采过程当中，竖向裂隙带可以及时延伸发展，坚硬的厚层基本顶也可以被及时切断垮落，从而保证迎采掘进巷道围岩的稳定性。