分段水力压裂弱化采场坚硬顶板围岩控制技术研究

摘要

针对神东矿区布尔台煤矿42煤层覆岩存在坚硬顶板,回采生产中采空区顶板大范围悬顶不垮落诱发的强矿压显现限制了矿井安全生产这一现状,通过理论分析以及现场工业试验,对坚硬顶板覆岩结构简化力学模型进行分析,分析了坚硬顶板悬顶受力特征及其对矿压显现的影响;进一步提出了对工作面顶板施工定向水力压裂措施来弱化坚硬顶板岩层,控制其垮落,揭示了水力压裂弱化坚硬顶板降低回采期间矿压显现的机理;结合42202工作面现场工程条件,确定了顶板坚硬岩层层位,并对水力压裂方案、参数进行优化设计,并在施工中监测水力裂缝扩展、水压及注水量变化,分析水力压裂技术对坚硬顶板岩层的控顶效果。综合研究结果表明:对42202工作面覆岩粉砂岩层施工水力压裂措施后,顶板岩层有效弱化,压裂卸压影响区域内工作面来压强度整体降低,尤其是来压峰值压力降幅明显,降低约10%;来压步距降低4%;来压前支架平均阻力降低2.6%;来压时支架平均阻力降低6.8%;动载系数降低4%;工作面煤壁片帮得到遏制;同时,辅运巷道两帮及顶底变形量分别减小100、30 mm;辅运巷道浅部及深部围岩应力分别降低2.5、1 MPa,锚杆、锚索受力分别下降29、22 kN,反映出对坚硬顶板施工定向水力压裂能有效降低工作面矿压显现,避免形成强烈冲击,可满足安全生产要求。