王冬陽

（冀中能源 邢礦集團(tuán)，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引 言

沿空掘巷不但能夠增加煤礦資源的回收率，還能在巷道的應(yīng)力分布以及維護(hù)條件等方面優(yōu)于設(shè)置寬煤柱，被廣泛運(yùn)用于煤礦。為減少相鄰工作面采掘活動(dòng)給沿空掘巷帶來的擾動(dòng)影響，一般在相鄰工作面動(dòng)壓穩(wěn)定后進(jìn)行沿空掘巷作業(yè)。如果為單翼采區(qū)，且同時(shí)受采掘接替緊張影響，在相鄰工作面回采完成后或者還未結(jié)束就直接開始下一個(gè)工作面的掘進(jìn)，這時(shí)就需留一定寬度的區(qū)段煤柱，控制它對掘進(jìn)的干擾，這樣不但影響煤礦的回收率，也給巷道維護(hù)增加了難度。在不穩(wěn)定采空區(qū)邊部進(jìn)行沿空留巷掘進(jìn)主要受到了上一個(gè)區(qū)間工作面回采產(chǎn)生的動(dòng)壓影響，巷道同時(shí)會(huì)遇到頂板巖石開裂、下沉等，給巷道維護(hù)帶來壓力。目前這種單翼開采的采區(qū)，采掘矛盾日益凸顯。對此利用水力壓裂切頂技術(shù)來研究相鄰工作面回采完成后，就直接開始下一個(gè)工作面的掘進(jìn)。

1 概 況

冀中能源股份公司東龐礦西龐井位于河北省內(nèi)丘縣境內(nèi)，目前僅開采9號(hào)煤，采用立井單水平開拓。西龐井9119工作面位于北翼擴(kuò)延區(qū)一采區(qū)，該工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沉積穩(wěn)定，一般含多層夾矸。92煤厚度為2.15～2.44 m，平均為2.33 m，92煤與93煤夾矸為炭質(zhì)泥巖，厚度在0.68 m左右，93煤厚度為2.55～3.10 m，平均為2.83 m，含一層厚度為0.05 m左右的泥巖夾矸。老頂為大青灰?guī)r，平均厚度5.01 m，相鄰頂板為活動(dòng)尚未穩(wěn)定的9118采空區(qū)，工作面走向長度883 m，傾斜長度90 m，9119皮帶巷與9118軌道巷煤柱6 m左右。

9119綜放工作面所有巷道均采用錨梁網(wǎng)加錨索聯(lián)合支護(hù)形式，9119皮帶巷設(shè)計(jì)規(guī)格為上寬×下寬×中高＝4.2 m×4.5 m×2.9 m，巷道頂部采用自制六眼梯型梁、L2 400 mm，φ22 mm螺紋鋼錨桿配鐵托盤、鐵絲網(wǎng)支護(hù)，梯型梁排距為850 mm，錨桿間距780 mm。巷道幫部使用4～5根φ16 mm、L1 800 mm反麻花頭鐵錨桿（高度超過3 m時(shí)使用5根），分別配鐵托盤、梯型梁、金屬網(wǎng)支護(hù)，錨桿間距900 mm，排距850 mm；頂部采用雙排錨索平行布置以加強(qiáng)支護(hù)，兩排錨索布置于巷道中心線兩側(cè)各900 mm處，錨索間距2 000 mm。頂錨桿每孔裝配CK2335和K2360型錨固劑各1卷，加長錨固；幫錨桿每孔配1卷K2360型錨固劑，端頭錨固；錨索使用4卷錨固劑：1卷CK2335和3卷K2360樹脂藥卷，裝藥卷時(shí)超快速錨固劑要裝在孔底。

受9119工作面超前動(dòng)壓及9118工作面采空區(qū)應(yīng)力疊加影響，9119皮帶巷出現(xiàn)了較嚴(yán)重的圍巖變形。為保證9119皮帶巷穩(wěn)定，減少巷道維護(hù)工作量，對9119皮帶巷超前工作面已實(shí)施頂板定向水力壓裂卸壓前期試驗(yàn)，取得了很好的效果。

2 水力壓裂切頂護(hù)巷技術(shù)

2.1 主要工序

水力壓裂包括鉆孔、封孔、高壓水壓裂、保壓注水、壓裂監(jiān)測等主要工序。按設(shè)計(jì)施工鉆孔，然后由中心管和封隔器膠筒組成水路通道，利用高壓泵向中心管注入高壓水，通向壓裂段，通過水的高壓壓裂巖孔，用水壓致裂數(shù)據(jù)采集儀實(shí)時(shí)監(jiān)控壓裂過程，記錄流量和壓力變化曲線，預(yù)裂縫起裂后水壓會(huì)有所下降，繼而注水達(dá)到保壓階段，在這個(gè)階段，裂紋擴(kuò)展的同時(shí)伴隨著新裂紋的產(chǎn)生，利用流量計(jì)監(jiān)測流量及注入的水量，保證頂板巖層充分弱化和軟化，實(shí)現(xiàn)切頂護(hù)巷。

西龐井9119工作面皮帶巷鉆孔布置雙排，第1組鉆孔布置在上幫頂角，鉆孔深度為45 m，孔間距為15 m，鉆孔仰角為45°，鉆孔水平投影與巷道夾角為70°。第2組鉆孔布置在巷頂中間位置，鉆孔深度為45 m，孔間距15 m，鉆孔仰角為40°，鉆孔水平投影與巷道夾角0。第1組和第2組鉆孔交錯(cuò)布置，預(yù)計(jì)施工壓裂孔32個(gè)。鉆孔水壓裂位置以8號(hào)煤以上的粉砂巖和大青灰?guī)r層為主，壓裂巖層厚度約為16 m，每孔壓裂間隔3 m左右，每孔自孔底向外壓裂至孔深10 m處，每孔壓裂次數(shù)預(yù)計(jì)10次。9119工作面鉆孔參數(shù)見表1。

表1 9119工作面鉆孔參數(shù)Table 1 Drilling parameters of No.9119 Face

2.2 壓裂安全措施

鉆孔施工要求鉆孔盡可能平直，避免大幅拐彎導(dǎo)致無法實(shí)施壓裂；封孔器分隔段位置為鉆孔預(yù)開槽段及巖層完整段；水力壓裂從鉆孔底部向孔口逐次壓裂，即倒退式壓裂法；壓裂過程中，需安排專人檢查壓裂孔周圍頂板，當(dāng)有大量水從頂板中流出時(shí)，停止壓裂；壓裂前需拉警戒線，嚴(yán)禁人員從壓裂鉆孔前通過，以防注水管從鉆孔中竄出造成傷人事故；鉆孔人員要攜帶便攜儀，在施工前檢查作業(yè)點(diǎn)附近有害氣體濃度，確保安全方可施工；高壓泵處和壓裂作業(yè)地點(diǎn)設(shè)置信號(hào)鈴等通訊設(shè)備，用于實(shí)時(shí)交流。

2.3 實(shí)施效果

西龐井9119皮帶巷施工頂板水力壓裂巷道240 m，頂板水力壓裂卸壓施工后，動(dòng)壓影響范圍內(nèi)的巷道平均減少擴(kuò)幫、臥底量約500mm，每米整修需6個(gè)工，每工按220元計(jì)算，人工費(fèi)31.68萬元，支護(hù)材料費(fèi)350元/m，材料費(fèi)8.4萬元，節(jié)約巷道整修費(fèi)用40.08萬元?？鄢敯逅毫研秹菏┕ぃ?jié)約費(fèi)用17.29萬元。

3 結(jié) 論

（1）隨著煤礦開采強(qiáng)度的提高，動(dòng)壓巷道的變形速度快、頂幫變形量大等特點(diǎn)日趨顯現(xiàn)。水力壓裂卸壓技術(shù)對動(dòng)壓巷道卸壓有著顯著效果，能夠有效控制沿空留窄煤柱巷道的變形問題，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對周邊及類似條件礦井具有示范意義。

（2）該項(xiàng)技術(shù)控頂效果顯著，可有效切斷整體和穩(wěn)定的頂板巖層，將巷道附近的高應(yīng)力切斷，降低巷道附近應(yīng)力，使巷道處于低壓區(qū)，壓裂后，巷道變形顯著減小，有效改善了煤柱應(yīng)力狀態(tài)，對于維護(hù)動(dòng)壓巷道穩(wěn)定性有重要意義。

（3）實(shí)施水力壓裂卸壓技術(shù)后，巷道頂板壓力大幅降低，減小了礦井巷道的返修率和減少擴(kuò)幫臥底對底板帶來的透水、突水的危害，還可以降低材料消耗及人工投入，減少了維護(hù)工作量。在此技術(shù)的基礎(chǔ)上，探索水力壓裂卸壓沿空留巷技術(shù)，采取實(shí)現(xiàn)無煤柱開采，不留區(qū)段護(hù)巷煤柱，可增加煤炭回收率，具有較高的推廣價(jià)值。