皖北煤電集團(tuán)招賢礦業(yè)公司主采的3號煤層及頂?shù)装灞昏b定為弱沖擊傾向性，該公司被評價為具有中等沖擊危險。因此，防治沖擊地壓是擺在該公司面前的重要任務(wù)。

“工作面回采期間，微震事件頻發(fā)，三次方及以上能量事件較多，巷道變形大，底鼓嚴(yán)重，嚴(yán)重制約安全生產(chǎn)?！闭匈t礦業(yè)公司防沖辦主任涂肖龍表示，“過去，我們主要采用大直徑鉆孔和煤體爆破的方式卸壓，回采工作面采用面內(nèi)頂板預(yù)裂爆破與巷道走向切頂爆破的方式弱化上覆厚硬頂板?！?/span>

然而，這些傳統(tǒng)措施工序繁瑣、施工難度大、安全風(fēng)險高，需要大量裝藥人員，極易造成一氧化碳超限報警。

2022年8月，在全國煤礦瓦斯和沖擊地壓重大災(zāi)害防治現(xiàn)場會上，招賢礦業(yè)公司了解到地面水平井分段水力壓裂防治沖擊地壓技術(shù)。“礦主要領(lǐng)導(dǎo)高度重視，立即組織我們赴彬長礦區(qū)調(diào)研學(xué)習(xí)，果斷引進(jìn)了這項技術(shù)?！闭匈t礦業(yè)公司工程師王博介紹。

如今，招賢礦業(yè)公司已成功對2306工作面和2302工作面實施了地面水平井分段水力壓裂工程，取得了顯著效果。4306工作面實施了井—地一體聯(lián)合水力壓裂工程，2307工作面的工程正在有序推進(jìn)中。

為沖擊地壓致災(zāi)巖層“畫像”

“防治沖擊地壓，首先要找準(zhǔn)致災(zāi)根源?！蓖啃堉钢刭|(zhì)圖紙解釋道，“我們根據(jù)采場上覆巖層對巖體活動的控制作用范圍，精準(zhǔn)判別沖擊地壓致災(zāi)關(guān)鍵層?！?/span>

以2306工作面為例。該工作面走向長1521米，傾向?qū)?80米，主采3號煤層平均厚度12.1米。通過分析周邊鉆孔信息，技術(shù)人員判識了覆巖關(guān)鍵層：直接頂、基本頂為厚度超過10米的砂巖關(guān)鍵層；煤層上方40米至150米范圍存在多個關(guān)鍵層；距3號煤層180米至360米的區(qū)域賦存厚度超過100米巨厚礫巖關(guān)鍵層。

“通過分析巖層破斷釋放能量，我們確定2306工作面覆巖主要誘沖關(guān)鍵層為煤層上方0米至20米的低位關(guān)鍵層和40米至60米的中低位關(guān)鍵層?！蓖醪┭a(bǔ)充道，“綜合考慮兩帶發(fā)育高度及水文地質(zhì)條件，最終確定合理的壓裂目標(biāo)層為40米至55米關(guān)鍵層，鉆孔軌跡布置在煤層上方50米左右的砂巖層中?！?/span>

“我們從地面實施一口水平井段沿著煤層頂板上覆堅硬關(guān)鍵巖層的‘L’型井，采用全孔段下入套管，采用分段分簇射孔水力壓裂方式將頂板上覆堅硬關(guān)鍵巖層弱化，達(dá)到治理沖擊地壓的目的?！蓖啃埥榻B。

鉆井工程分為兩個開次：一開垂直段鉆進(jìn)至基巖面以下5米，下入直徑244.5毫米技術(shù)套管后固井；二開造斜段+水平段鉆至設(shè)計井深完鉆，下入直徑139.7毫米技術(shù)套管。為精準(zhǔn)控制水平段軌跡，招賢礦業(yè)公司采用“LWD+螺桿鉆具+綜合錄井”的綜合地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，提升鉆井水平段在目標(biāo)巖層靶區(qū)內(nèi)的鉆遇率。

基于巖石力學(xué)參數(shù)及地應(yīng)力，技術(shù)人員采用三維壓裂設(shè)計軟件進(jìn)行數(shù)值模擬及參數(shù)設(shè)計優(yōu)選?！霸O(shè)計參數(shù)為壓裂液注入排量每分鐘14.0立方米，壓裂液量每段1400立方米。”王博說。

來壓減小，有效控制巷道變形

2023年12月9日至2024年1月3日，2306工作面地面水平井分段壓裂工程順利實施：施工3個鉆孔，總進(jìn)尺3131米，壓裂32段；單段壓裂入井液量1068.8立方米至1328.4立方米，加砂35立方米，每分鐘排量8.6立方米至14.6立方米，施工壓力7.7兆帕至25.5兆帕。

效果在回采期間得到驗證：2306工作面支架平均阻力30.5兆帕，平均來壓步距6.4米；老頂垮落從原來的約40米縮短至15米左右。微震監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，回采期間日均能量下降93%至97%，日均頻次下降74%至86%。

“現(xiàn)場‘煤炮’頻次減少，無較大聲響，工作面來壓呈現(xiàn)步距短、持續(xù)時間長、強(qiáng)度小的特點?！蓖啃堈f，“最重要的是巷道變形得到有效控制。”

之前，已回采的1303工作面、1302工作面、1305工作面，兩巷在超前120米范圍內(nèi)頂板下沉明顯，最大周變化量達(dá)240毫米；回采期間需多輪循環(huán)臥底，深度3米至5米，每班需要8人進(jìn)行巷道擴(kuò)修施工。

“2306工作面實施水力壓裂工程后，回采期間兩巷圍巖變形量均在可控范圍內(nèi)，最大變形量僅66毫米。2302工作面回采期間巷道幫部和底板未發(fā)生變形，無需進(jìn)行巷道擴(kuò)修施工?！蓖醪┱f，“通過智能化減員增效，采煤部較之前整體減員41人，每年節(jié)省人力成本730萬元?！?/span>

面對礦井地表溝壑縱橫、道路崎嶇、林地較多、土地手續(xù)辦理困難等問題，招賢礦業(yè)公司管理技術(shù)人員開拓思路，創(chuàng)新研發(fā)了井—地一體多重災(zāi)害協(xié)同治理及綠色開采技術(shù)。

“我們實施井—地一體聯(lián)合水力壓裂技術(shù)工程，開展壓裂后探索‘一壓一抽’、‘一壓一注’多災(zāi)害協(xié)同治理以及綠色開采技術(shù)研究?！蓖啃堈f，“如今，我們已形成具有自身特色的‘地面泵注、井下壓裂、區(qū)域治理、一孔多用’災(zāi)害協(xié)同治理體系?！?/span>

該技術(shù)體系在4306工作面落實，設(shè)計在工作面煤層上方35米至45米覆巖層中施工3個水平定向壓裂鉆孔。壓裂完成后，1號孔加密射孔48段，作為回采期間瓦斯高位抽采試驗鉆孔，2號孔作為采空區(qū)防滅火試驗鉆孔。

截至今年9月上旬，4306工作面回采期間共發(fā)生148次微震事件，三次方事件僅3次，未發(fā)生四次方事件。

作者：吳瓊 版面編輯：王世雅

編輯

來源：中國煤炭報

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