定向长钻孔分段水力压裂技术在冲击地压防治中的应用

摘 要 为了提高冲击地压矿井防冲工程的卸压效果与效率,针对现有防冲手段无法对
工作面进行大面积超前区域治理的现状,提出利用定向长钻孔分段水力压裂技术对工作面坚
硬顶板进行超前区域弱化的治理思路.运用能量理论分析了分段水力压裂的卸压原理及防冲
可行性,建立了水力压裂层位判识方法.利用判识方法确定了工作面上方覆岩硬层位置,覆
值计算及现场实测确定了压裂钻孔在空间中层位关
系.在纳林河二号矿井开展了工程试验,实践效果
表明定向长钻孔分 段 水 力 压 裂 技 术 防 冲 效 果 显 著,
为冲击地压的防治解危提供了新的方向.
１ 定向长钻孔分段水力压裂超前卸压原理
由能量理论可知,当系统内积聚能量速度超过
耗散速度则系统内部总能量增加,系统处于熵增阶
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６８
王泽阳等:定向长钻孔分段水力压裂技术在冲击地压防治中的应用 ２０２２ 年第 ７ 期
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岩体的物理力学性质及应力集中程度能够有效降低
冲击风险.
工作面 回 采 过 程 中 Us 主 要 由 顶 板 运 移 引 起,
其中坚硬顶板条件下顶板来压引起动能释放为:
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Us ＝ m ç ÷
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(
２)
(
３)
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式中:m ———断裂顶板的质量,kg;
u ———顶板运动位移,m;
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６９
２０２２ 年第 ７ 期 中
国 煤 炭
第 ４８ 卷
量,从而降低冲击地压发生的风险 [１６－２４].
度,从而降低围岩 － 煤体系统的静载能量;另一方
段水力压裂超前卸压治理,一方面能够在煤岩体中
的动载能量.破坏冲击地压发生的能量条件,达到
裂后与 其 他 工 作 面 相 同 区 域 相 比, 浅 孔 应 力 波 动 降 低 ６５
７％ , 深 孔 煤 体 应 力 波 动 降 低
６９
６％ ;微震事件 在 空 间 中 的 发 育 范 围 超 前 工 作 面 距 离 减 少 ２８
０％ , 侧 向 发 育 距 离 减 少
,最大发育高度减少
(
１)
Us———动载输入能量;
Ub———系统自身能够耗散的能量;
t ———时间.
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一 定 时, 可 以 通
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过工程手段减少 Ur、Uc以及 Us,降 低 冲 击 地 压 显
由式 (
１)可以看 出, 当
现的风险.
Ur 及 Uc与煤岩体本身的物理力学性质及所处
的应力环境有直接关系.通过工程技术手段降低煤
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中国煤炭
第 ４８ 卷第 ７ 期
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２０２２ 年 ７ 月
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４８ No
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★ 煤矿安全 ★
引用格式:王泽阳,郑凯歌,王豪杰,等 定向长钻孔分段 水 力 压 裂 技 术 在 冲 击 地 压 防 治 中 的 应 用 [
J] 中 国 煤 炭,
２０２２,４８ (
７) ∶６８－７８
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岩中能量积聚的重点层位及能量释放的集中层位.通过建立多物理场数值计算模型探究了水
力压裂形成的孔隙水压力场与钻孔距离的关系,最终确定了压裂钻孔布置层位为煤层顶板以
上 ３３ m 及 ７３ m,同一层位钻孔间距为 ７５ m.基 于 上 述 结 果 在 现 场 开 展 了 工 程 应 用,并 采
用煤体应力监测与微震监测对防冲效果进行了验证.结果表明,经过定向长钻孔分段水力压
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基金项目:“十三五” 重大专项 (
２０１６ZX０５０４５００２－００２)
作者简介:王泽阳 (１９９４－ ), 男, 陕西西安人, 助理研究员, 从事矿山动力灾害防治方面的工作. EＧma
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