正令煤业1211工作面水力压裂切顶卸压技术研究

1、项目背景

随着煤矿开采强度的提高，动压巷道的变形问题，如变形速度快、变形量大、变形形式复杂、变形无法稳定等特点日益显现。正令煤矿1212工作面为“孤岛面”，属于典型的动压影响巷道，根据正令煤矿以往开采经验，1212工作面受1211工作面回采影响，将出现变形速度快、变形量大的问题，巷道的变形控制问题亟待解决。

动压巷道变形根本的原因是工作面超前支承压力和相邻工作面侧向支承压力的多重影响，采用常规的支护方式已经很难维护巷道的稳定性。根据以往经验，工作面回采过程中，工作面两顺槽发生非常显著的大变形破坏特征，严重制约工作面的安全回采，因此，为确保回采安全，有效保护回采巷道，满足工作面回采要求断面尺寸，必须对围岩控制技术进行全面、系统的研究。本项目拟采用水力压裂技术对1211工作面胶带顺槽进行水力压裂卸压处理，削弱或消除动压对巷道稳定性的影响，切断动压传递，达到安全回采和有效保护1212回采巷道的目的。

在1211工作面胶带顺槽开展水力压裂切顶卸压，弱化煤柱边缘顶板，使其在1211工作面回采后沿煤柱边缘垮落，减小侧向支承压力，减轻超前段动压影响，切断动压传递，削弱或消除侧向高附加应力，保护1212巷道不受动压影响，确保1212工作面安全高效回采。

2、1211工作面概况

1211工作面地面位置位于孝义市柱濮镇上令狐村以东，距上令狐村最短直线距离为621米；工作面地貌主要以黄土梁﹑峁为主，多为冲沟发育；地表无民用建筑物及小煤窑井筒，梧西线及孝柱河自西向东穿过工作面上方地表。地面标高+856～+1016m，工作面标高+212～+326m。1211工作面井下位于井田中部区域、一采区2号煤回风大巷以北。

1211工作面井下位于一采区中部，东侧为实体煤（岩）层，南部为2号煤回风大巷、2号煤轨道大巷及2号煤胶带输送机大巷，西侧是2110工作面（已采），北侧270米为下令狐村庄保安煤柱。1211工作面垂直空间内无采空区，埋藏深度为574～794m之间。

本工作面开采山西组2号煤，一次性采全高，2号煤层属结构简单的稳定可采煤层，煤层总厚度2.4～3.1米，平均2.9米，中间含一层夹矸，厚度0.4～1.0米，平均厚度0.6米，煤层结构为1.5（0.6）0.8。根据掘进期间实际揭煤情况分析，2号煤为黑色，玻璃和强玻璃光泽，硬度一般为2-3，有一定韧性，断口呈阶梯状、参差状，内生裂隙发育；夹矸为灰褐、深灰色泥岩，硬度较低。2号煤上距1号煤煤层底板8～15.6米，平均10米，1号煤层平均厚度约为0.5m；下距3号煤煤层顶板10.00～12.27米，平均10米，3号煤层平均厚度为0.5m。2号煤煤层顶板为深灰色泥岩及灰黑色粉砂岩，底板为深灰色细砂岩及灰黑色砂质泥岩。

本工作面地质构造简单，工作面位于向斜一翼，煤岩层大体走向北东，工作面前半段煤层倾向北西，后半段煤层倾向南东，回采初期切眼内坡度较大，最大坡度达到23°，随着回采推进，两顺槽高差将会慢慢减小，至工作面中部地段时，切眼坡度将变缓，近似零度。

3、1211胶带顺槽压裂设计

1）压裂钻孔布置

根据水力压裂理论计算得出水力压裂钻孔布置及技术参数。钻孔与压裂参数根据现场实施效果进行实时调整。钻孔数量及施工工程量根据工作面推进距离和最终确定的钻孔参数确定。钻孔采用直径为Φ60mm。

2）施工顺序

为保证工作面正常生产及减少超前采动影响，钻孔位置应提前从切眼口沿回采方向由里向外进行施工50-300m，具体位置根据现场条件适当调整。

在1211工作面胶带顺槽实施水力压裂作业，施工顺序：确定压裂参数→压裂钻孔施工→实施压裂→压裂监测。

3）施工范围

1211胶带顺槽从切眼口沿回采方向由里向外进行施工，长度1325m，施工至停采线。具体施工情况根据现场条件进行调整。

4）施工方案

（1）沿胶带顺槽轴向布置压裂钻孔S，与煤柱侧距离控制在0.5m-1m之间，孔间距6-8m，钻孔长度35m，倾角45-50°，钻孔向煤柱侧偏转5-10°。考虑1211工作面埋藏深、压力大，回采期间，根据实际垮落和压力显现情况，孔间距可在6-8m区间调整。

（2）沿胶带顺槽垂直方向布置压裂钻孔H，孔间距8m，钻孔长度35m，倾角45-50°，钻孔向回采侧偏转45°；考虑胶带顺槽受胶带运行影响，钻孔位置距煤帮2m。

5）施工参数

（1）为更好有效控制1211工作面顶板，根据回采期间上下隅角实际垮落和巷道应力显现情况，孔间距可在6-8m区间适当调整。

（2）两钻孔交替打孔，按照“三花眼”排列布置。

（3）压裂采用倒退式压裂，每隔3米压一次，回采侧初步确定压裂范围为从距离孔口7m处到孔底（回采侧为实体煤），煤柱侧初步确定压裂范围为从距离孔口10m处到孔底（锚索支护长度7m）。根据现场出水情况及时调整压裂范围，避免出现大范围的淋水。

（4）S孔每孔压裂9次， H孔每孔压裂10次。

（5）压裂期间孔内水压：0MPa-62MPa，具体压力大小由围岩强度确定。

（6）水力压裂施工采用柱塞式注水泵，泵压最高可达到62MPa满足压裂所需水压。

（7）水力压裂在采煤工作面前方50-300m外进行。作业前根据现在条件确认。

4、结论

水力压裂可削弱岩层的整体性和稳定性，并定向切割顶板岩层，通过人为的方法削弱煤岩体承载的高应力，使巷道或工作面处于低应力区域。同时，水力压裂技术具有安全性高、工程量小，适应性强（如高瓦斯矿井）等特点，实现成本节约达230万元以上，具有良好的技术与经济效益。

水力压裂技术的运用，可降低煤矿开采成本、促进开采安全，提高回采进度、增加经济效益，提高社会经济发展水平，产生良好的社会效益。

参考文献：

[1]马勇.煤柱综采面矿压控制与水力压裂技术[J].山西化工，2025，45（03）：219-221.

[2]周晓虎.水力压裂技术在坚硬顶板煤层放顶煤开采中的应用[J].能源与节能，2025，（03）：255-257+263.

[3]廉文胜.水力压裂卸压在动压影响巷道围岩控制中的应用分析[J].能源与节能，2025，（03）：270-272+278.

作者简介：王鹏飞（1993—），男，汉，山西平遥，2021年1月毕业于太原理工大学，采矿工程专业，本科，助理工程师，现从事采掘管理技术工作/研究方向：采掘技术管理。