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                            “灾害治理?陕煤经验”:彬长矿业孟村矿:地面L型水平井压裂技术助力冲击地压防治
                            发布时间:2022-09-05     作者:王冰   点击量:208   分享到:

                             开栏语


                            安全发展是构建新发展格局的重要前提和保障。长期以来,陕西煤业强力推进煤矿重大灾害精准治理,提出了“一超三治三提升”工作思路和“六零”奋斗目标,形成了‘耦合因素分元治、区域局部协同治、井上井下立体治’系统治理新模式,实现了安全、高效、高质量发展。

                            为广泛宣传陕西煤业及所管理生产矿井,在煤矿重大灾害治理的先进做法、典型经验,提升品牌影响力和核心竞争力,陕西煤业即日起在网站和微信公众号联合推出“灾害治理?陕煤经验”系列报道,敬请关注、浏览及转载。

                            彬长矿区地质条件复杂,瓦斯、水、火、冲击地压等多元灾害耦合叠加。特别是2013年以来,冲击地压在彬长矿业胡家河矿、孟村矿等煤矿显现,威胁矿井安全生产。为预防冲击地压发生,彬长矿业公司在井下采取顶板深孔爆破、顶板定向水力压裂、煤层爆破卸压、煤层大孔径卸压、煤层高压注水、断底爆破、底板切槽等局部卸压措施。采取以上措施虽然取得了一定的效果,但是却没有从源头上消除冲击地压风险,冲击地压事故仍时有发生。

                            直面困难,提出冲击地压防治新途径

                            面对冲击地压灾害威胁,彬长矿业公司广大干部职工坚持问题导向,潜心分析冲击地压发生机理、细化冲击地压的类型,研究发现4号煤层上方60m-100m范围存在厚硬砂岩层,为冲击地压灾害的关键岩层。为了实现冲击地压源头治理、区域治理,彬长矿业公司孟村矿联合中煤科工开采研究院有限公司、陕西省煤层气有限公司、中国石油集团渤海钻探工程有限公司、中煤科工集团西安研究院有限公司开展行业交流、团结协作的技术研讨,在查阅了百余篇文献资料的基础上,经过严谨的科学分析研究,通过数十次的技术交流讨论,创新提出“地面L型水平井分段压裂防治冲击地压技术”。该技术作用原理是将压裂液通过高压泵泵入煤层顶板上方的厚硬岩层,使完整的目标岩层内产生密集网状裂缝,弱化岩层的整体强度,形成人造“解放层”。随着工作面的推采,岩层裂缝沿弱面进一步发育扩展,在采动应力作用下上覆岩层及时、有序垮落,大幅降低破断失稳时的能量释放级别。这种技术不仅可以缩短采空区上覆岩层的垮落步距,而且使载荷由“硬传递”转化为“软传递”,破碎岩层缓冲、吸收震源的冲击能量,从而降低回采工作面的整体应力水平,大幅降低冲击地压致灾风险。

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                            披荆斩棘,顺利完成地面压裂施工

                            2020年6月上旬完成项目评审,6月中旬开始地面选址,7月上旬开始钻井施工,12月中旬压裂施工全部结束,历时200余天,整个施工过程中,从春夏到秋冬、从酷暑到严寒。钻井期间,先后钻遇第四系黄土、第三系红土,白垩系华池组泥岩、洛河组砂砾岩、宜君组砾岩,侏罗系安定组砂岩,共计6个地层,跨越地质时期约1.3亿年;防范了矿区主要充水水源洛河组砂岩裂隙水的危害,完成钻探进尺3700m,目标砂岩层钻遇率100%。压裂期间,采用了井上下联合监测方法、共布置监测点50个;召开现场技术分析谈论会10次,形成了每天“6个1”的工作方法;攻关技术难点5处,分析各类监测报告及报表200余份;压裂31段、射孔84簇、消耗液量40000m3、消耗砂量1100m3,优化设计参数7项,动用各类车辆50车次,单班现场参与工作人员80余人。施工压力10~23MPa、排量6~11m3/min,实现了最大缝长340m、缝高59m、影响宽度80m的裂缝形态,超过设计参数值的110%。单段压裂期间,井下微震能量平均增幅约8倍、频次平均增幅约3.8倍;井下地音能量平均增幅约4.6倍、频次平均增幅约2.7倍;地面监测的目标岩层破裂事件点数达388个、能量达19000000J。

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                            效果检验,取得良好防冲效果

                            为了验证地面水平井压裂坚硬顶板防治冲击地压的有效性,孟村矿成立地面L型水平井分段压裂防治冲击地压效果评价小组,选定工作面“覆岩活动规律、周期来压规律、微震监测、地音活动性、巷道围岩变形情况、超前支承应力变化、锚杆(索)工作阻力变化、”等内容作为评价指标,每天收集监测数据并进行分析总结。截止2022年7月27日,该矿401102工作面顺利回采940m,有效杜绝了冲击地压发生。通过统计分析,压裂区域较非压裂区域周期来压强度降低23%,来压持续时间缩短61%;103J以上微震事件频次下降88%,102J以下微震事件频次上升43%,高能事件大幅降低、低能事件明显上升;压裂区域工作面两顺槽超前范围顶帮均无明显变化,而之前巷道围岩变形量高达1m-1.5m;以上均表明了地面L型水平井分段压裂技术对防治冲击地压效果显著。

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                            彬长矿业公司孟村矿是国内首家将地面L型水平井分段压裂技术应用于煤矿冲击地压防治领域的矿井,开创了煤炭行业在地面治理冲击地压的先河。研究成果表明,地面L型水平井分段压裂技术是根本性解决冲击地压难题的关键手段,为冲击地压由井下防御治理到地面源头消冲的突破提供了技术支撑,可有效提升矿井冲击地压防控能力,大大降低冲击地压灾害的发生概率,是一项具有革命性、颠覆性的防冲新技术,引领了冲击地压防治工作的新方向!目前,该技术已在彬长矿区的胡家河矿、小庄矿推广实施,不久的将来该技术也将推广应用于国内其他类似地质条件的冲击地压矿井,助推实现煤炭资源安全高效生产。(王冰)

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