综采工作面预掘回撤通道水力压裂卸压控制研究

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为了缩短综采工作面收尾时间,提高收尾的效率和安全可靠性,采用预掘回撤通道收尾是一种有效的方法,但工作面采动对预掘回撤通道稳定性的影响成为该收尾方法成功与否的关键。本论文以朱庄煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,开展了采动影响下回撤通道的变形失稳规律及影响因素研究,提出了采用水力压裂卸压控制回撤通道围岩稳定性的方法,并进行了水力压裂卸压控制效果的分析研究和现场应用。主要研究成果如下:(1)揭示了工作面基本顶破断规律及超前支承压力的分布特征,得出基本顶初次来压步距为30m左右,周期来压步距为20m左右,工作面来压时超前支承压力峰值为12.76MPa,影响范围为26.3m。(2)分析了采动影响下回撤通道围岩应力演化规律及采动应力对回撤通道围岩变形破坏的影响规律。得出了预掘回撤通道的围岩变形将受到超前支承压力和工作面基本顶回转运动的双重影响。通过对回撤通道上方围岩活动规律的分析,建立了回撤通道上方基本顶水力压裂断顶前后的稳定性力学模型,分析了两种不同的基本顶结构变形失稳模式对回撤通道稳定性的影响。(3)提出了采用水力压裂形成弱结构体卸压+人为断顶改变老顶活动规律的控制方法。确定了水力压裂卸压的时空关系,即应在工作面与回撤通道贯通前20天,距实体煤帮9.2m处完成顶板水力压裂。分析了不同岩层压裂程度,即岩层损伤变量对回撤通道围岩稳定性的控制效果,确定了合理的岩层压裂损伤变量为D=0.3,此时对回撤通道稳定性的控制效果最为显著。(4)根据合理的岩层压裂损伤变量,确定了岩层水力压裂的压裂范围、破裂水压力、钻孔间距和钻孔压裂段数等相关参数。在朱庄煤矿Ⅲ32上1工作面的现场应用及观测结果表明,采动应力及围岩变形量明显减小,回撤通道得到了有效控制。该论文有图59幅,表5个,参考文献96篇。
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