賈 晨

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041602）

1 工程背景

干河礦2-126工作面位于+80水平一采區(qū)，埋深409～486 m，平均埋深470 m。工作面為傾向長壁式開采，工作面寬度為216 m，可采長度為590 m。所采2#煤層的平均厚度為3.75 m，傾角為7°～11°，平均傾角為9°，2#煤硬度（f）為1.5，屬于穩(wěn)定性煤層。直接頂為10.5 m厚的細粒砂巖，基本頂為14.8 m厚的中粒砂巖，頂板賦存情況見表1。

受工作面上覆堅硬砂巖影響，回采期間采空區(qū)后方出現(xiàn)頂板懸露。懸露頂板載荷傳遞至支架及前方煤壁，致使支架載荷過高、煤壁破碎片幫。當懸露頂板破斷時會產生動力沖擊，使得礦壓顯現(xiàn)強烈，威脅工作面的生產安全，需采取措施控制頂板懸露問題。

2 水壓致裂技術原理

水壓致裂技術本質上來說是在工作面頂板上鑿出一定數(shù)量的鉆孔，在高壓水作用下，劈裂懸露的堅硬頂板，弱化采面頂板圍巖力學性能，保證采面頂板及時冒落，消除頂板破斷引起的動力。

水力壓裂技術具有很多自身優(yōu)勢，一方面不會影響采面的生產工作，保證高產高效生產；另一方面水力壓裂操作較為安全，技術難度低，且能實現(xiàn)良好的控頂效果。

3 現(xiàn)場應用效果

3.1 壓裂鉆孔設計

2-126工作面壓裂鉆孔的設計參數(shù)見圖1、圖2。

圖1 水力壓裂鉆孔布置平面

圖2 水力壓裂鉆孔布置參數(shù)

沿巷道非回采幫同幫部垂直方向布置短鉆孔S和長鉆孔L，施工順序為首先鑿出長鉆孔L，再施工短鉆孔S。短鉆孔S的孔深為33 m，設計鉆孔傾角50°，垂直于煤幫施工，共設計24個孔，孔間距離24 m；長鉆孔L的孔深為50 m，設計傾角為30°，共設計施工22個孔，孔間距離24 m，鉆孔同巷道間存在22°夾角。試驗過程中可根據(jù)現(xiàn)場出水情況及時優(yōu)化壓裂參數(shù)，避免頂板淋水嚴重影響生產。在進行過程中，若壓裂效果不佳，可針對性的優(yōu)化水力壓裂參數(shù)（包括鉆孔的間距、壓裂順序、鉆孔參數(shù)等）。

水力壓裂的施工工藝見圖3，具體步驟為：（1）使用切槽鉆頭鉆出預制橫向切槽，為下一步水力壓裂做準備。（2）利用手動泵對封隔器進行加壓封孔，防治壓裂時漏水。（3）接通高壓泵，進行水力壓裂，劣化頂板圍巖。

圖3 水力壓裂

起初，在水壓的影響下頂板巖層發(fā)生起裂，由此產生的裂隙成為水流通道，水壓降低，此時壓裂工作進入保壓階段，當頂板裂隙繼續(xù)發(fā)育時會產生許多新裂隙。

3.2 現(xiàn)場結果分析

在2-126工作面回采過程中，在巷道內采取水壓致裂措施。采取水壓致裂措施對工作面頂板進行卸壓后，上覆厚硬砂巖頂板力學性能及整體結構被弱化，可以緩解工作面煤壁及支架承受的載荷。為驗證頂板卸壓效果，對工作面頂板來壓情況進行了礦壓觀測分析。

當完成水力致裂流程后，可利用鉆孔窺視儀窺測頂板圍巖情況，窺測結果顯示孔內巖壁出現(xiàn)大量縱橫交錯的裂紋，見圖4。通過對頂板采取水壓致裂措施，可以有效弱化工作面頂板的力學性能，伴隨采面持續(xù)推進，頂板巖層進一步受壓破壞，整體性降低，頂板能夠隨采隨落。

圖4 水壓致裂前后鉆孔巖層破壞情況

工作面開采空間達到一定范圍后，堅硬頂板能及時在支架后方垮落。礦壓觀測結果表明，2-126工作面基本頂?shù)闹芷趤韷翰骄酁?1.3 m。在工作面液壓支架上安裝了工作阻力在線實時監(jiān)測系統(tǒng)，劃分為上、中、下3個區(qū)域，共布置了9個傳感器。通過該系統(tǒng)可分析研究頂板來壓情況，在來壓期間，支架仍有一定的富余阻力。工作面頂板初次來壓情況見表2。

表2 工作面來壓步距統(tǒng)計

基于對工作面礦壓觀測結果的分析，可以得出采取水力壓裂措施后能夠有效地控制堅硬頂板垮落距離，與同一采區(qū)已采工作面的周期來壓步距44.3 m相比，2-126工作面周期來壓步距縮短了23 m，降低了煤壁和支架承受的載荷，工作面不再發(fā)生大面積的頂板懸露及煤壁片幫現(xiàn)象，保證了工作面的安全回采。

4 結語

干河礦2-126厚硬砂巖頂板采取頂板水壓致裂措施后，工作面不再發(fā)生大面積頂板懸露，能夠控制頂板及時垮落，工作面來壓較為平穩(wěn)，支架載荷在可控范圍內，保證了工作面能夠安全高效地生產。