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科技創新

彬長礦業:在陝西煤炭系統率先應用高壓水力預裂頂煤治災新技術

作者: 弯桂清 唐洪     时间: 2020-06-08     点击: 查詢中    分享到:

“截至5月末,我礦在40309工作面回風巷超前段已完成兩類4個高壓水力預裂頂煤鑽孔,有效壓裂範圍10m。”彬長礦業公司小莊礦防沖隊技術員武亮說。

科學規劃、試驗研究、方案制定、設備引進、隊伍組織、技術培訓、安全管理、過程監督......今年以來,在陝西煤業的大力支持下,彬長礦業攜手陝煤技術研究院多措聯動,在陝西煤炭系統率先應用高壓水力預裂頂煤治災新技術。

我國煤炭資源分布南少北多、東少西多,目前中東部煤炭資源幾近枯竭,而在新疆、內蒙西部、陝西、甯夏等地區相繼發現特厚乃至巨厚煤層。隨著煤炭開采向深部轉移,特厚煤層發生沖擊地壓的案例也越來越多。彬長礦區自然條件複雜,水、火、瓦斯等各種災害威脅嚴重。2013年以來,受地域環境、煤體性能、采掘活動等多方因素影響,沖擊地壓災害在胡家河、孟村等礦井顯現,由于多種致災因素相互交織疊加,治理難度大。

近年来,针对矿区冲击地压灾害特性,彬长矿业与国内知名科研院校合作成立课题组,加强基础研究,实施技术攻坚,科学确立了“预测预报、逢掘(采)必卸、不卸不掘(采)、强卸强支”的“十六字”防治方针,探索建立了煤体和底板局部卸压、坚硬顶板深孔断顶、全断面短錨索巷道支护的一体化联合灾害控制解危技术,合理引进了微震、地音、应力在线等监测预警系统,全面形成了主动预防、培训教育、预测预报、措施解危、效果检验、安全防护“六位一体”综合防治措施,实现了矿井震动次数和释放能量级别的大幅减少。同时,产学研协力攻坚,持续发力,深入研究特厚坚硬煤层分层放顶煤开采条件下冲击地压的预警及与防治技术,着力在灾害机理认识、预测预报手段、治理方法措施上取得新突破。

沖擊地壓是煤礦最嚴重的災害之一,到目前爲止,國際岩石力學界和采礦工程界的專家學者都給予廣泛的關注和投入,進行了大量研究工作,但沖擊地壓的防治依然是世界性難題。爲了有效減少沖擊地壓的發生,目前常用的治理方法有大直徑鑽孔卸壓、煤體卸壓爆破、頂板卸壓爆破、煤層注水卸壓等防沖措施。

高壓水力預裂技術是使用高壓注水泵通過鑽孔向煤岩層壓入高壓水,以高壓水沖壓孔內煤岩孔壁以破壞煤體、岩體結構,使煤岩層內産生裂縫或者使原來的閉合裂隙被壓開形成新的裂隙。該技術項目主要包括:高強封孔、高壓水預裂、保壓注水、預裂監測等主要工序。

傳統的頂煤預裂方式采用爆破卸壓、斷頂,存在爆破時易造成有害氣體超限、中斷生産、成本較高、工序繁雜危險性大、孔內殘留的有害氣體幹擾了防滅火指標氣體判識預警等諸多缺點。高壓水力預裂技術利用工業水,施工成本低、綠色環保、操作安全,不幹擾正常生産、適用多種礦井條件、破壞堅硬煤岩層完整性及結構、潤濕弱化煤岩強度、緩沖吸能,且能降低煤岩體的溫度,延緩煤體氧化升溫,利于防滅火管理。

高壓水力預裂頂煤治災新技術可以降低工作面實體煤上方堅硬頂板和頂煤的岩體結構及強度,使煤岩層卸壓,減弱頂板動載荷,減弱沖擊礦壓能量産生與釋放。該技術可起到初采初放及末采煤體卸壓、沖擊地壓解危、防治工作面頂板大面積垮落、提高頂煤冒放等作用,以解決煤炭開采過程中遇到的堅硬厚(高瓦斯)煤岩層采動引起的一系列動力災害。

該公司目前在小莊礦率先實施的高壓水力預裂頂煤鑽孔共有兩類,一類爲“放煤孔”,開孔與回風巷巷道頂板成35°夾角,方位朝向運輸巷,孔長約爲22.5m,孔底垂直深度12.75m;另一類爲“斷頂孔”,開孔與回風巷巷道頂板成75°夾角,孔長45m,孔底垂直高度約爲43.46m

该技术项目开创了高压水力预裂顶煤治灾技术在陕西煤矿冲击地压解危方面的先河,也标志着该公司冲击地压综合防治技术体系建设迈出了新步伐、进入了新阶段。该技术项目理念前瞻,综合治灾技术优势突出,经济效益显著,具有广阔的推广应用前景。(弯桂清 唐洪)


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