煤矿坚硬顶板地面压裂技术：控制采场矿压的新方案

"大空间坚硬顶板地面压裂技术与应用" 本文主要探讨了一种针对大空间坚硬顶板的地面压裂技术，旨在有效控制煤矿开采中的矿压问题。坚硬顶板由于其高强度和大破断步距，常导致矿压显现复杂且强烈，尤其在特厚煤层开采时，开采扰动加剧，顶板稳定性下降，使得矿压控制变得更为困难。研究发现，高位厚硬岩层的破断失稳是造成采场强矿压的关键因素，而现有的井下预裂技术对此难以有效应对。 为了创新解决方案，研究人员首次提出了煤矿坚硬顶板地面压裂的控制方法。通过进行大型真三轴原位试件（2060mm×1200mm×1200mm）的水力压裂试验，他们揭示了水压裂缝的扩展形态以及试件在压裂过程中的应力应变演化规律。这一研究帮助确定了地面压裂的关键层位范围，并结合工作面位置、压裂层位、覆岩应力和裂隙发育特征，建立了一个理论模型和选择准则，用于确定最佳压裂位置。 此外，文章还提出了压裂面积与流量、时间之间的关系模型，阐述了压裂面积如何随压裂时间和流量的变化而变化。为实现精准监控，研究人员开发了水压裂缝的井上下微震一体化联合监测技术，进一步完善了大空间坚硬顶板地面压裂控制的技术体系。 在实际应用中，对垂直井和水平井进行了压裂工程实践。实验结果显示，地面压裂产生的裂缝扩展范围广泛，垂直井分级压裂的裂缝长度可达250m和218m，宽度在30m到120m之间，水平井分段压裂的裂缝长度为196m到216m，高度在43m到50m，这些裂缝都有效地覆盖了工作面范围，成功穿透了目标压裂层。 压裂技术的应用显著改善了矿压状况，如支架阻力降低了21%，煤壁片帮率减少了23%，超前单体未出现弯曲或损坏，巷道围岩保持稳定，显示出了良好的压裂控制效果。这表明，坚硬顶板地面压裂技术能够从源头上预防采场强矿压的发生，为煤矿领域的坚硬顶板控制提供了新的解决方案，也为处理类似由高位岩层结构失稳引起的矿压灾害问题提供了参考。