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水力化徑向壓裂快速防突揭煤技術(shù)應(yīng)用

文檔作者：張永明，馮合麗文檔來源：鶴壁中泰礦業(yè)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年08月30日
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煤礦現(xiàn)代化 2013-r第5期 總第1 16期
水力化徑向壓裂快速防突揭煤技術(shù)應(yīng)用
張永明，馮合麗
(鶴壁中泰礦業(yè)有限公司，河南鶴壁458010)
摘要通過一440輔助水平膠帶運(yùn)輸巷的揭煤實(shí)踐，制訂了合理、有效、可操作性強(qiáng)的水力化徑向壓
裂綜合防突技術(shù)及措施，能安全快速消除石門揭煤工作面瓦斯突出危險(xiǎn)性。應(yīng)用RFPA一2D數(shù)值研究
軟件，研究水力化徑向壓裂煤體，防治瓦斯突出措施的可行性和合理參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了快速安全揭煤。采用
金屬骨架一注馬麗散組合加固煤層技術(shù)，改善了煤的物理力學(xué)性質(zhì)，起到了防突出、防自燃、防冒頂?shù)?
綜合作用。
關(guān)鍵詞石門揭煤；徑向壓裂；防突技術(shù)；應(yīng)用
中圖分類號：TD713．3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1009—0797(2013)05—0013—02
1 問題的提出 3 水力化徑向壓裂措施
礦井三水平回風(fēng)暗斜井一440m中段平巷比礦井
始突標(biāo)高一370m低70m，按照礦井突出危險(xiǎn)性區(qū)域
預(yù)測結(jié)果及實(shí)測的瓦斯含量、瓦斯壓力，本區(qū)域?qū)偻?
出危險(xiǎn)區(qū)。2009年5月開始礦方采取了穿層鉆孔預(yù)
抽瓦斯的防突措施。8月份開始執(zhí)行的《防治煤與瓦
斯突出規(guī)定》提出了區(qū)域防突措施，已采取的防突措
施需要補(bǔ)充。同時(shí)，已采取的防突措施還存在措施空
白帶，需完善加強(qiáng)。
三水平回風(fēng)暗斜井一440m中段平巷屬該礦的擴(kuò)
建采區(qū)，2009年10月必須安全揭開煤層。否則，影響
整個(gè)礦井?dāng)U建工期。這標(biāo)明，必須拿出切實(shí)可行的突
出石門揭煤快速消突措施和設(shè)計(jì)出完成的突出石門
揭煤措施，保證10月能夠安全揭煤。這種情況下，礦
方和河南理工大學(xué)開展了該項(xiàng)技術(shù)研究。
2 水力化徑向壓裂石門揭煤防突技術(shù)數(shù)值
研究
數(shù)值研究是一種很好的輔助工具，它可以幫助
我們實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無法看到和做到的一些試驗(yàn)，通過數(shù)
值研究和現(xiàn)場試驗(yàn)的對比研究，可以驗(yàn)證水力壓裂
煤體的理論可行性和確定合理的壓裂參數(shù)，使水力
壓裂取得最佳效果。數(shù)值研究的關(guān)鍵在于建立模型
和確定參數(shù)。本次研究采用RFPA一2D軟件。
通過四組模型是針對不同煤體強(qiáng)度，不同彈性
模量，不同網(wǎng)格下的注水情況進(jìn)行了對比分析。從中
可以給我們的現(xiàn)場試驗(yàn)提供了一定的參考數(shù)據(jù)。
通過理論分析和數(shù)值研究試驗(yàn)，課題組確定了
本次水力壓裂主要參數(shù)參考值：注水壓力：
l2～18MPa；封孔深度：3—4．5m；
注水時(shí)間：20～40min(以注水壓力下降30％為
準(zhǔn))
在三水平回風(fēng)暗斜井一440m中段平巷停掘處設(shè)
計(jì)3排、每排7個(gè)，計(jì)21個(gè)注水孔。鉆孔坡度分別為
+26。、+38。、+50。，鉆孔方位與巷道中心線的夾角
分別為：0。，左側(cè)：1O。、20。、30。，右側(cè)：10。、
20。、30。。鉆孔 50mm。注水孔設(shè)計(jì)見下圖，注水
孔參數(shù)見表1。
表1 注水孔參數(shù)
圖1 回風(fēng)暗斜井一440中段平巷平面圖
- 430
— 440
- 450
圖2 回風(fēng)暗斜井一440中段平巷剖面圖
· 13·
煤礦現(xiàn)代化 2013年第5期 總第1 16期
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1 62 。3 c ，4 05 06 07
8 。9 。10 )11 o12 o13 014
15 916 o17 '18 019 020 o21
圖3 水力壓裂注水子L布置和參數(shù)圖
4 設(shè)計(jì)水力壓裂秩序
根據(jù)回風(fēng)暗斜井問一440m中段平巷實(shí)際情況，
考慮到石門揭煤區(qū)域已采取的抽放鉆孔呈扇形布
置，下部鉆孔間距較近，較密集，容易壓裂煤體，而上
部鉆孔間距較遠(yuǎn)，較疏松，不易壓裂，在設(shè)計(jì)水力壓
裂措施時(shí)就需要考慮壓裂秩序，保證壓裂效果。設(shè)計(jì)
的水力壓裂秩序是：先壓裂下排注水孔，每次壓裂
3～4個(gè)孔，兩次完成下排壓裂；之后，同樣方法依次
壓裂中排孑L、上排孔。同樣道理，每排水力壓裂秩序
是先壓裂中部孑L后壓裂兩側(cè)孔。
注水壓力16MPa，注水時(shí)間可根據(jù)注水過程中壓
力及流速的變化來確定。根據(jù)以往的水力擠出試驗(yàn)經(jīng)
驗(yàn)，當(dāng)注水泵壓降低為峰值壓力的30％左右，可以作
為注水結(jié)束時(shí)間，一般注水時(shí)間在30～60min左右。
5 加固煤體措施
對注水后的煤體實(shí)施加固，增加煤體抵抗突出
能力，防止揭煤及過煤門過程中冒頂，及因冒頂誘導(dǎo)
突出。同時(shí)起到防止揭煤處冒頂及自然發(fā)火，阻止巷
道破壞變形的作用。
區(qū)域措施效果檢驗(yàn)后注馬麗散加固煤層。注入
馬麗散是利用馬麗散作為粘結(jié)劑，將破碎煤體有效
粘結(jié)在一起，起到加固煤體作用，防止揭煤期間煤體
冒落誘導(dǎo)瓦斯突出。設(shè)計(jì)如下：在石門距煤層底板垂
距2m時(shí)，揭煤前，每lm一排，每排4個(gè)，孔底間距
3．Om，共3排，計(jì)12個(gè)鉆孑L，孔徑42mm，底排孔坡度
與巷道坡度一致，孔深以見到煤層頂板為準(zhǔn)。
通過鋼管向煤體注馬麗散，加固煤體結(jié)束后在
巷道輪廓線以外的鋼管不取出，作為金屬骨架保留
在煤體中。
在石門距煤層底板垂距2m時(shí)，揭煤前，每lm
一排，每排4個(gè)，孔底間距3．Om，共3排，計(jì)l2個(gè)鉆
孔，孔徑42mm，底排孔坡度與巷道坡度一致，孔深以
見到煤層頂板為準(zhǔn)。之后逐孔注人馬麗散，利用馬麗
散加固煤層底板附近煤體，防止揭煤期間煤體冒落
誘導(dǎo)瓦斯突出。因煤體已壓裂，孔隙聯(lián)通性好，空隙
· l4 ·
率高，注入馬麗散比較容易。
本次試驗(yàn)共注入約1．5t馬麗散，平均每孔約
0．12t。揭煤后證實(shí)，注馬麗散固化措施效果很好。
6 效益分析
6．1 經(jīng)濟(jì)效益
縮短揭煤工期，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益1 236．03萬元，
該項(xiàng)目在我礦的試驗(yàn)研究與應(yīng)用，在安全的前提下，
成功完成了三水平回風(fēng)暗斜井一440m中段平巷石
門，并在一450m軌道巷石門、一440m膠帶巷石門揭煤
中推廣應(yīng)用，顯著縮短了揭煤丁期，保證了礦井采掘
接替。產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益1360．5萬元，基本情況如
下：
(1)因該項(xiàng)目研究的消突措施操作方便，防突效
果明顯，平均縮短T期2個(gè)月以上，節(jié)省揭煤期間通
風(fēng)、維護(hù)等費(fèi)用19．1萬元；
2 X 30 X 24 ×2 ×30×0．6 X 3+2×30 X 3 X 2×
100×3=19．1(萬元)．
(2)縮短石門揭煤巷工期，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益
1341．4萬元：
3月X 30d／月X 3班／d×lm／班×2 X lOm X
1．38fire X 600元／t×3=1341．4(萬元)
6．2 潛在經(jīng)濟(jì)效益分析
縮短石門揭煤工期，可以保證擴(kuò)建采區(qū)回采工
作面比計(jì)劃時(shí)間提前投產(chǎn)，將產(chǎn)生巨大的潛在經(jīng)濟(jì)
效益。如果比計(jì)劃提前投產(chǎn)時(shí)間按6個(gè)月計(jì)算，每月
每采面生產(chǎn)原煤3萬t，預(yù)計(jì)可以產(chǎn)生的潛在經(jīng)濟(jì)效
益達(dá)10800萬元。
6．3 社會(huì)效益分析
水力化徑向壓裂大斷面石門揭煤防突技術(shù)研究
與應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)成功，突出礦井揭煤探索出了新的技
術(shù)和丁藝，保證了石門安全揭煤，縮短了揭煤工期，
有效保證了我礦擴(kuò)建工程按期完成。推廣應(yīng)用到其
它突出礦井，保證了礦井正常接替。因此，該項(xiàng)目研
究具有顯著的社會(huì)效益。
作者簡介：
張永明(1978一)男，通風(fēng)與安全工程師，注冊安全工程師，
1999年畢業(yè)于焦作煤校，現(xiàn)任鶴煤集團(tuán)鶴濟(jì)公司復(fù)興煤業(yè)總
工程師，自參加工作以來一直從事“一通三防”技術(shù)管理工作。
(收稿日期：2013-3—12)

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