【摘 要】
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综采工作面受断层影响回采期间遭遇坚硬岩层,致使采煤机截割困难、损耗严重,若断层跨度较大,导致工作面二次开切眼,将严重影响工作面的生产接续。采用预裂爆破、静态爆破以及二氧化碳致裂的方法弱化坚硬岩层时,难以兼顾低成本、操作简单、安全高效等优点,而水力压裂作为一种施工方便、成本较低、安全高效的弱化技术,在切顶、煤层增透以及巷道快速掘进等领域应用广泛。但目前对水力压裂技术弱化工作面断层区域坚硬岩层的研究与
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综采工作面受断层影响回采期间遭遇坚硬岩层,致使采煤机截割困难、损耗严重,若断层跨度较大,导致工作面二次开切眼,将严重影响工作面的生产接续。采用预裂爆破、静态爆破以及二氧化碳致裂的方法弱化坚硬岩层时,难以兼顾低成本、操作简单、安全高效等优点,而水力压裂作为一种施工方便、成本较低、安全高效的弱化技术,在切顶、煤层增透以及巷道快速掘进等领域应用广泛。但目前对水力压裂技术弱化工作面断层区域坚硬岩层的研究与应用较少,相关理论与工艺体系仍需完善。因此,本文以象山矿22301工作面断层区域坚硬岩层为研究对象,采用理论分析、数值模拟、实验室实验以及现场试验等方法,对象山矿22301工作面断层区域坚硬岩层水力压裂弱化技术进行研究,主要研究内容及成果如下:(1)确定了断层区域坚硬岩层分布范围,取样实验测得岩石抗压强度为71MPa;开展了不同PH值溶液及不同浸泡时间下岩石力学性能试验研究,给出了不同PH值溶液下岩石抗压强度及弱化系数与浸泡时间的定量关系式,研究结果表明随浸泡时间的增加岩石的抗压强度逐渐下降,不同PH溶液对岩石弱化作用排序为酸性溶液﹥碱性溶液﹥清水。(2)分析了22301工作面断层区域坚硬岩层最佳致裂时机,采用FLAC3D数值模拟的方法开展了不同开采距离下22301工作面超前区域垂直应力与水平应力分布规律研究,得到最佳致裂时机为综采工作面距离致裂区域10m左右位置。(3)采用PFRA2D-flow数值模拟软件开展工作面水力裂纹扩展规律及影响参数研究,得到不同注水压力下单孔压裂裂纹起裂及扩展规律,分析了压裂排量以及应力差对水力裂纹扩展的影响,探究了多孔压裂条件下切槽方向对水力裂纹扩展形态的影响。(4)基于以上研究成果,开展22301工作面断层区域坚硬岩层弱化方案设计,提出了象山矿综采工作面断层区域坚硬岩层弱化工艺流程。现场应用结果表明,22301工作面水力压裂弱化断层区域坚硬岩石效果良好,综采工作面过断层期间推进度由原60m/月提高至72m/月,达到预期目标。本论文有图71幅,表17个,参考文献94篇。
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