煤礦堅硬頂板災害水力壓裂防治技術監(jiān)測及評估

石 垚，雷 瀚，楊新路，徐世達

(1.中煤科工開采研究院有限公司 巷道研究分院，北京 100013；2.東北大學 深部工程與智能技術研究院，遼寧 沈陽 110819)

煤礦井下生產(chǎn)過程中，頂板意外垮落通常會造成生產(chǎn)計劃延誤、人員設備傷亡等損失。近年來，頂板事故在煤礦各類型災害事故中占據(jù)較大比例，嚴重威脅煤礦的安全生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，2010—2019年全國煤礦頂板事故2536起，死亡3208人，分別占煤礦總事故數(shù)與總死亡人數(shù)的44.41%和32.28%[1]。存在堅硬頂板的煤層開采，多具有頂板強度高、懸頂面積大、應力集中現(xiàn)象突出的特點，更容易誘發(fā)頂板災害事故[1，2]。我國一半以上的礦區(qū)煤層發(fā)現(xiàn)了堅硬頂板，存在堅硬頂板的煤層約占總體煤層的三分之一[3，4]。實踐表明，頂板災害事故誘因多、易突發(fā)、防控難度大[5]。因此，煤礦頂板災害防控一直是我國煤礦開采領域中的重要研究課題。

自1947年水力壓裂在美國堪薩斯州試驗成功以來，壓裂設備、壓裂液和添加劑、支撐劑等方面迅速發(fā)展，已廣泛應用于地應力測量、天然氣、石油等領域，隨著水力壓裂在油氣領域表現(xiàn)出的增透鉆孔布置簡便、增透范圍大、壓裂效果明顯等優(yōu)勢，逐漸應用于圍巖巖層控制和低透氣煤層的瓦斯治理兩個領域[6，7]。我國煤礦堅硬頂板水力壓裂技術最早由波蘭引進，并在大同礦區(qū)開展了試驗[4，8]。相較于其他頂板卸壓技術，水力壓裂技術具有安全性好、環(huán)境影響小、經(jīng)濟性強、控制范圍大的優(yōu)點，且經(jīng)濟成本不到其1/10[9]，在頂板控制中更具有優(yōu)勢?！?br>