水力压裂在综采二分层顶煤大块治理中的应用

刘 军 ， 国宏 ， 敬 勋 ， 李 佟 吴元 良
（ 宁 天 宝股份 有 限公 司虎 台煤 业分 公 司 ， 宁 抚 顺 １ ３ ０ ） 辽 辽 １０ ３
摘
要： 通过对 水力压 裂机理 的分析 ， 进行煤体 高压水 力压 裂注水参数研 究试验 ， 而解决 综采 从
放 顶 煤 二 分 层 开 采 由 于顶 板 压 力 减 小造 成 的 顶 板 滞 后 垮 落 、 产 生 大块 等 难题 ， 易 取得 了 明 显 的 效
和 含 水 量 范 围 内 ， 土 矿 物 强 度 随 吸 水 量 增 加 而 粘
该 工 作 面 位 于 矿 井 西 部 综 采 区 ， 西 走 向 东 ７ ０ｍ（ 期 总 长 ）工 作 面 长 １２ｍ ， 层 倾 角 为 ６ 三 ， ５ 煤 ９ ～ １。可 采 煤 量 ２ ５万 ｔ煤 的 普 氏 系 数 厂 ～ 。 ３， ６ ， ＝２ ３； 煤层 平 均 厚 度 ２ ， 矸 最 大 厚 度 １０ｍ， 小 ０ｍ 夹 ． 最 厚 度 ０ ２ｍ； 种 为 气 煤 ； 尘 有 爆 炸 危 险 ， 炸 ． 煤 煤 爆 指数 ４ ．％ ； ６ ２ 瓦斯 涌 出 量 ２ ／； 常 涌 水 量 为 ０ｍ３ｔ正
０ ０ ０５ ｍ３ ｍｉ ； 大 涌 水 量 为 ０ ０ ９８ ｍ３ ｍｉ ； ． １ ／ ｎ 最 ． １ ／ ｎ
在其上幅 ７０ １ ８ ０ ＃工 作 面 准 备 及 开 采 期 间 数 次 发 生 Ｌ ～３级 矿 震 及 煤 与 瓦 斯 突 出 动 力 现 象 。 Ｍ２ ２ ２ 注 水 参 数 ． 顶煤 高压水 实施 的效 果 如何 ， 注水 钻 孔参 在
果。
关 键 词 ：水 力压 裂 ； 块 治 理 ； 用 大 应 中 图 分 类 号 ：ＴＤ ２ ．９ ８ ３２ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 用 ， 且 浸 湿 时 间愈 长 其 浸 湿 效 果 愈 好 。 而 （） ３ 水合 作 用 。水 分 子 常 成 固 定 性 偶 极 ， 水 在 溶 液 中 粘 土 矿 物 表 面 多 带 负 电 荷 ， 使 偶 极 水 分 它 子 围绕 着 粘 土 微 粒 定 向 排 列 ， 而 就 产 生 了 微 粒 因
２ １ ７０２ ． ８ ０ ＃工作 面 采 矿 地 质 条 件
性， 最终 实现提 高 工作 面 煤 炭 回收率 的 目的。高 压 水 注 入 煤 体 后 有 以下 三 方 面 的作 用 。
（ ） 入 作 用 。 煤 体 内 的 裂 隙 在 高 压 水 作 用 １楔 下 继 续 扩 展 ， 产 生 新 的微 裂 隙 ， 时 ， 体 内 的 并 同 煤 层 理 等 弱 面 在 高 压 水 的 作 用 下 松 化 ， 加 煤 的 分 增 层 数 、 小煤 的分层厚 度 ， 减 降低 了煤 的强 度 。 （ ） 湿 作 用 。煤 中 的粘 土 矿 物 亲 水 性 很 强 ， ２浸 能 吸 收大 量 水 分 ， 变 其 物 理 力 学 性 质 。 粘 土 矿 改 物直径 小于 ００ ．５ｍｍ ， 的 比表 面 积很 大 ， 将 它 可 大 量 水 吸 入 到 矿 物 层 间 结 构 中 ， 结 构 面 吸 附 水 其 后 ， 结 力 被 弱 化 ， 坏 了 粘 土 的胶 结 作 用 。在 饱 粘 破
速度， 即使 采 取 临 时 封 孔 措 施 ， 孔 时 间 也 不 得 超 空
过 一 至 两 天 ， 好 是 一 经 施 工 完 ， 开 始 ２ 最 即 ４ ｈ不
（ ） 水 压 力 。 水 在 煤 体 中 扩 散 的过 程 ， 是 １注 就 克 服 流 动 阻 力 的 过 程 ， 流 动 阻 力 的 大 小 取 决 于 而 煤 体 的 强 度 、 隙 的 发 育 程 度 以 及 原 有 裂 隙 过 流 裂 断 面 的大 小 。 由于 高 压 水 要 承 担 压 裂 注 水 钻 孔 周 围煤 体 及 扩 展 原 有 裂 隙 的 重 任 ， 因此 ， 水 压 力 越 注 高 ， 煤 体的破坏 程度越 大。但注水压力 过高 ， 对 对 注 水 设 备 及 连 接 管 件 的要 求 就 越 高 ， 注 水 设 备 对 及 连 接 管 件 的 磨 损 也 越 大 ， 于 注 水 管 路 绝 大 部 由
降低 ， 的强度也 随着 降低 ， 明水对煤有浸湿作 煤 说
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第 ３ 卷第 ７ ３ 期
煤 矿 安 全
２０ 年７ ０２ 月
数 确 定 后 ， 取 决 于 注 水 参 数 的 合 理 与 否 ， 注 水 还 如
压力 、 水量 、 水 时间。 注 注
可 放 性 ， 小顶 煤 冒 落 块 度 ， 加 冒落 煤 体 的流 动 减 增
煤 冒落 的块 度 ， 提高 了冒落煤体 的流动性 ， 降低 了 冒落 煤 体 卡 堵 放 煤 窗 口 的 几 率 ， 终 能 够 实 现 工 最 作 面回采 率 的显著提 高 。
２ ７ ｏ ２ 顶 煤 高 压 注 水 ８ｏ ＃
之间的相互排 斥 ， 破坏 了粘 土矿物 的粘结 力・ ， 降低
了煤 的强 度 。
总之 ， 高压 水对煤体 的上 述作用 ， 将直 接导致
煤 体 强 度 的 降 低 ， 加 了顶 煤 的可 放 性 ， 小 了顶 增 减
体结构遭 遇 破坏 ， 强度 降低 。水 力压 裂 就是 采用 高压注水方 法 ， 煤 体 内人 为地 制造 更 多 的结构 在 面， 破坏 顶 煤 的完整 性 ， 低煤 体强 度 ， 降 提高 顶煤
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‘ ３ 卷第 ７ 第 ３ 期
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ห้องสมุดไป่ตู้
煤 矿 安 全
２０ 年 ７ ０２ 月
综 放 技 术 ・
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３—４ ６ ２ ０ ） ７—０ ３ ９ Ｘ（ ０ ２ ０ ０ ０—０ ３
水 力 压 裂 在 综 采 二 分 层 顶 煤 大 块 治 理 中 的 应 用
１ 水 力 压 裂 的 机 理
在 煤 岩 体 内存 在 着 或 多 或 少 的 不 同 成 因 、 具 有 一定 产状 、 向延展 大 、 度小 的地 质界 面 ， 方 厚 如
断层面 、 理 面 、 理面 ； 层 节 在采 动及其 它地 下 活动
的 影 响 下 ， 岩 体 内会 形 成 无 序 的 、 平 整 的 、 煤 不 不 连 续 的结 构 面 。 无 论 何 种 原 因 形 成 的 结 构 面 ， 都 将 影 响 煤 岩 体 的 整 体 性 和 连 续 性 ， 煤 岩 体 的 整 使