水力壓裂技術(shù)在東龐礦21222工作面頂板初次垮落應(yīng)用效果研究

冀中能源股份有限公司東龐礦技術(shù)科 河北 邢臺(tái) 054000

一、綜述

東龐礦隨著采掘戰(zhàn)場(chǎng)不斷向深部水平轉(zhuǎn)移,煤層賦存地質(zhì)條件日趨復(fù)雜。受地質(zhì)條件影響,回采工作面布置困難,邊角煤開(kāi)采增加,同時(shí)工作面回采動(dòng)壓對(duì)開(kāi)拓、準(zhǔn)備巷道的影響日趨明顯。21113工作面皮帶巷與深部水平軌道大巷之間留有100m保護(hù)煤柱,為避免21113工作面回采影響深部水平軌道巷的穩(wěn)定性在21113工作面皮帶巷施工水力壓裂技術(shù),對(duì)深部水平軌道巷取得了較好的保護(hù)效果。

在水力壓裂技術(shù)對(duì)大巷保護(hù)取得初步效果后,東龐礦繼續(xù)開(kāi)展水力壓裂技術(shù)在回采工作面頂板初次垮落方面的應(yīng)用研究。在21222工作面設(shè)計(jì)施工了切眼水力壓裂,通過(guò)與東龐礦直接頂、老頂初次跨落時(shí)間的對(duì)比,直接頂初次跨落步距縮短5m左右,老頂初次跨落步距縮短10m左右,效果明顯。

二、水力壓裂設(shè)計(jì)

2.1 21222工作面概況 根據(jù)21220工作面實(shí)測(cè)資料,工作面內(nèi)2號(hào)煤層沉積較穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,含有一層夾矸,煤層及夾矸厚度有一定變化。煤層總厚4.1～5.4m,平均4.6m。煤層傾角為3～7°,平均為4°,煤層傾向?yàn)?2～278°。工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)681-698m,平均689m,傾斜長(zhǎng)84-171m,平均157m,工作面底板標(biāo)高-490～-530m。

為避開(kāi)北f161斷層,21222皮帶巷掘進(jìn)直至頂?shù)奖眆161斷層后拐90°彎后施工21222工作面切眼,與21222軌道巷貫通。21222工作面切眼設(shè)計(jì)總長(zhǎng)165m,初掘規(guī)格為寬×中高=4.5×3.5m。

21222工作面切眼水力壓裂用于弱化頂板,以達(dá)到削弱頂板完整性的目的,確保工作面初采期間頂板能夠及時(shí)并分層分次垮落。

2.2 21222工作面水力壓裂參數(shù)設(shè)計(jì) 東龐礦21222工作面切眼壓裂鉆孔布置于切眼回采側(cè)頂板及上下端頭。工作面切眼布置Q1、Q2兩種類(lèi)型鉆孔,孔間距為14m,Q1、Q2型鉆孔交錯(cuò)布置;其中Q1孔深36m,仰角30°,共設(shè)計(jì)鉆孔12個(gè);Q2孔深40m,仰角50°,共設(shè)計(jì)鉆孔16個(gè)。工作面上下端頭分別設(shè)計(jì)Y型鉆孔2個(gè),共設(shè)計(jì)鉆孔4個(gè),Y型鉆孔孔深45m,仰角40°。工作面共設(shè)計(jì)鉆孔32個(gè),總設(shè)計(jì)孔深1252m。

鉆孔施工采用ZDY1200S鉆機(jī),鉆頭直徑56mm。鉆孔施工完畢后,封孔、注水壓裂采用倒退式壓裂法,即從鉆孔底部向外依次進(jìn)行壓裂。頂板水力壓裂包括封孔、高壓水壓裂、保壓注水三項(xiàng)主要工序。

鉆孔施工及壓裂施工可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件調(diào)整壓裂位置和壓裂時(shí)間,避免壓裂影響巷道巷道安全。

三、實(shí)施后的效果及創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 頂板管理 東龐礦未施工水力壓裂工作面初采一般直接頂初次跨落步距14-20m,老頂初次垮落步距28-32m。21222工作面切眼采用水力壓裂后,初采推進(jìn)10m左右直接頂初次垮落,推進(jìn)19m后老頂初次垮落。對(duì)比之前,直接頂初次垮落步距縮短5m左右,老頂初次垮落步距縮短10m左右,并且跨落更加均勻充分,解決了工作面初采期間強(qiáng)制放頂?shù)陌踩芾黼y題。

3.2 瓦斯管理 采取水力壓裂技術(shù)管理頂板后,直接頂、老頂初次垮落步距均明顯減小,頂板垮落更加均勻,杜絕了初采期間因大面積頂板同時(shí)掉落造成隅角瓦斯突然增大、瓦斯超限的的情況,初采期間隅角瓦斯?jié)舛仁冀K在0.6%以下,有效的保證了礦井初采安全生產(chǎn)。

圖1-21222工作面皮帶巷水力壓裂設(shè)計(jì)示意圖

四、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

安全效益:通過(guò)“水力壓裂技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目在21222工作面切眼的實(shí)施,確保了工作面初采期間采空區(qū)頂板及時(shí)跨落且采空區(qū)垮落更加均勻,未出現(xiàn)采空區(qū)頂板大面積懸頂不落得現(xiàn)象,初采期間隅角瓦斯?jié)舛仁冀K在0.6%以下,未發(fā)生瓦斯超限等事故,為21222工作面初采期間頂板管理及瓦斯管理工作創(chuàng)造了良好條件。

五、推廣應(yīng)用情況

目前,我礦正在21219工作面切眼和2913工作面進(jìn)行了水力壓裂的設(shè)計(jì)施工,保證初采期間切眼及隅角頂板及時(shí)垮落,避免初采期間頂板大面積跨落造成瓦斯超限等事故。

根據(jù)礦井采掘銜接,東龐礦下一步計(jì)劃逐步在各回采工作面切眼及巷道進(jìn)行水力壓裂,保證工作面初采期間頂板及時(shí)、均勻跨落,減小工作面回采對(duì)鄰近生產(chǎn)系統(tǒng)巷道的影響。