翟振宇

（山西焦煤西山煤電斜溝煤礦，山西 興縣 033600）

0 引 言

斜溝煤礦為保證正常的采掘銜接部署，擬在18104 工作面回采過(guò)程當(dāng)中掘進(jìn)相鄰近18106 工作面的18106 皮帶巷。迎采掘巷可以達(dá)到回采工作面機(jī)電設(shè)備就近搬遷和保證采掘接續(xù)效率的目的，將比通常工作面回采結(jié)束后再掘進(jìn)鄰近工作面回采巷道的工藝準(zhǔn)備時(shí)間更短、更高效，然而回采和掘進(jìn)兩個(gè)生產(chǎn)作業(yè)會(huì)有影響作用區(qū)域，將會(huì)引起迎采掘進(jìn)巷道圍巖變形大和支護(hù)困難等問(wèn)題。因此，為避免迎采掘進(jìn)的18106 皮帶巷受18104 工作面采動(dòng)影響，需要將水力壓裂切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用于18104 材料巷的頂板處理當(dāng)中，以減輕迎采掘進(jìn)的18106 皮帶巷受到的采動(dòng)影響。

1 工作面情況

18104 工作面主采8 號(hào)煤層，工作面標(biāo)高+765～+822 m，地面標(biāo)高+1 003～+1 186 m，蓋山厚度195～400 m。西側(cè)為18102 工作面采空區(qū)，南側(cè)為實(shí)煤區(qū)，東側(cè)為18106 工作面。18104 工作面可采走向長(zhǎng)度3 337.8 m，傾斜長(zhǎng)283 m。煤層傾角為6.9°～10.8°，平均為8.8°。工作面煤層厚度為3.00～7.50 m，平均5.19 m，普氏硬度系數(shù)為3。18104 工作面煤層頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

表1 18104 工作面煤層頂?shù)装迩闆r表

18104 工作面采用綜采工藝，采高5.19 m，循環(huán)進(jìn)度0.8 m，超前支護(hù)長(zhǎng)度30 m。18104 材料巷采用矩形斷面，掘?qū)?.2 m，掘高3.8 m。迎采掘進(jìn)的18106 皮帶巷長(zhǎng)度4 016 m，為矩形斷面，掘?qū)?.8 m，掘高3.8 m。兩巷均采用錨網(wǎng)索帶聯(lián)合支護(hù)形式，底板采用標(biāo)號(hào)C25 的水泥硬化，高度200 mm。

2 水力壓裂切頂卸壓技術(shù)

2.1 水力致裂工藝

水力壓裂的工藝示意如圖1 所示，水利壓裂系統(tǒng)由高壓泵（含高壓膠管、水箱和電控箱）、封隔器、安裝桿、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)所組成，其施工工藝為打設(shè)鉆孔→安裝封孔器→開(kāi)泵高壓注水→停泵卸壓→拆移相關(guān)裝備。

圖1 水力壓裂工藝示意圖

2.2 迎采掘巷圍巖控制思路

工作面回采產(chǎn)生的動(dòng)壓主要是由覆巖中的厚硬中粗粒砂巖的破斷失穩(wěn)引起，而且其影響區(qū)集中在工作面后方60 m 范圍，該堅(jiān)硬巖層在采空區(qū)一定范圍的持續(xù)活動(dòng)和在巷道煤柱側(cè)的懸頂附加載荷，將造成迎采動(dòng)巷道圍巖的持續(xù)不穩(wěn)定。因此，為避免迎采掘進(jìn)的18106 皮帶巷受18104 工作面采動(dòng)影響，需要將水力壓裂切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用于18104 材料巷的頂板處理當(dāng)中，以破壞其頂板的整體性和穩(wěn)定性，使其在回采過(guò)程中及時(shí)斷裂卸壓。水力壓裂切頂卸壓的原理如圖2 所示。

圖2 水力壓裂切頂卸壓原理圖

3 水力壓裂切頂卸壓技術(shù)方案

在18104 材料巷內(nèi)貼煤柱幫垂直向上施工水力壓裂鉆孔，距幫300～500 mm，鉆孔長(zhǎng)度為12 m，鉆孔直徑為42 mm，鉆孔間距7 m，單排布置的方式，通過(guò)配套的小孔徑封隔器對(duì)其實(shí)施分段壓裂。由于堅(jiān)硬頂板的厚度較大，因此需要多層壓裂，考慮到分段距離會(huì)導(dǎo)致裂縫的貫通，一般不小于1.5 m，確定分段距離為2 m，也就是對(duì)基本頂進(jìn)行5 段水力壓裂。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)頂板和開(kāi)泵注水的變化情況，適時(shí)調(diào)整水力壓裂鉆孔的長(zhǎng)度、間距等參數(shù)。水力壓裂鉆孔布置如圖4 所示。

圖3 水力壓裂鉆孔布置

為了保證水力壓裂過(guò)程中裂縫效果，采用大排量壓裂方式，壓力泵排量200 L/min。鑒于基本的較為堅(jiān)硬，其普氏系數(shù)為6～7，抗拉強(qiáng)度為8～12 MPa，按水壓富余系數(shù)為2 倍予以考慮，壓力泵的所提供壓力要大于40 MPa。

4 水力壓裂切頂卸壓技術(shù)措施

4.1 液壓鉆車安全技術(shù)措施

1）操作液壓鉆車只有經(jīng)過(guò)培訓(xùn)合格被授權(quán)操作的專職司機(jī)才能操作，操作者限定2 人，1 人操作機(jī)器（操作者在開(kāi)車前必須檢查確認(rèn)周圍確實(shí)安全）、1 人更換鉆桿，更換鉆桿時(shí)需注意協(xié)調(diào)配合好，以防推力過(guò)大導(dǎo)致鉆桿斷裂崩傷更換鉆桿人員。

2）開(kāi)機(jī)前必須檢查確認(rèn)頂板的支護(hù)可靠并應(yīng)認(rèn)真檢查機(jī)器狀況，在裝卸時(shí)一定要注意周圍人員，避免在機(jī)器移動(dòng)過(guò)程中碰撞人員。在破碎時(shí)，特別是破碎硬巖時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，造成沖擊效率降低，良好的接地可以加強(qiáng)穩(wěn)定性，減少振動(dòng)。若施工深孔失效后，需在距原孔200 mm 處重新施工深孔。

4.2 水力壓裂安全技術(shù)措施

1）現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員要按規(guī)定程序進(jìn)行注水作業(yè)操作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)高空作業(yè)情況配置高凳或者搭設(shè)腳手架，若作業(yè)高度大于2 m，登高人員必須系安全繩防護(hù)。在注水地點(diǎn)附近要吊掛CO、CH4傳感器，其有毒有害氣體不超標(biāo)時(shí)方允許通電開(kāi)動(dòng)。

2）在水力壓裂作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員要與注水孔的間距超過(guò)20 m，避免高壓水流及水管竄出對(duì)作業(yè)人員造成人身安全傷害。若出現(xiàn)鉆孔中涌出大量裂隙水時(shí)，必須立即斷電并停止施工，在保證安全的情況下用封隔器封閉鉆孔，其他作業(yè)人員要馬上撤出，待地測(cè)部門查清情況排除隱患后，方允許繼續(xù)施工。

3）在結(jié)束水力壓裂作業(yè)后，采用黃泥來(lái)封閉鉆孔，其封閉長(zhǎng)度自鉆孔口往孔內(nèi)要大于1 m，在高壓泵斷電撤出封隔器前，注水鉆孔附近禁止作業(yè)人員進(jìn)入，避免封隔器滑出對(duì)作業(yè)人員造成人身安全傷害。

5 水力壓裂切頂卸壓技術(shù)效果

為檢驗(yàn)水力壓裂切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用效果，圖4所示為水力預(yù)裂5 號(hào)鉆孔窺視結(jié)果。

圖4 水力預(yù)裂5 號(hào)鉆孔窺視結(jié)果

由圖4 可以看出，受高壓注水的影響，水力預(yù)裂5 號(hào)鉆孔在3～4 m、7～8 m 的范圍內(nèi)具有顯著的豎向裂隙帶，其寬度范圍為1～4 mm。因此，在工作面回采過(guò)程當(dāng)中，豎向裂隙帶可以及時(shí)延伸發(fā)展，堅(jiān)硬的厚層基本頂也可以被及時(shí)切斷垮落，從而保證迎采掘進(jìn)巷道圍巖的穩(wěn)定性。

6 結(jié) 語(yǔ)

為避免迎采掘進(jìn)的18106 皮帶巷受18104 工作面采動(dòng)影響，通過(guò)將水力壓裂切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用于18104 材料巷的頂板處理當(dāng)中，通過(guò)鉆孔窺視對(duì)水力壓裂切頂卸壓技術(shù)應(yīng)用效果進(jìn)行檢驗(yàn)得出，受高壓注水的影響，水力預(yù)裂5 號(hào)鉆孔在3～4 m、7～8 m 范圍具有顯著的豎向裂隙帶，其寬度范圍為1～4 mm。因此，在工作面回采過(guò)程當(dāng)中，豎向裂隙帶可以及時(shí)延伸發(fā)展，堅(jiān)硬的厚層基本頂也可以被及時(shí)切斷垮落，從而保證迎采掘進(jìn)巷道圍巖的穩(wěn)定性。