基于分区弱化的复合坚硬顶板冲击地压分段压裂区域防治研究

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2022.0064

采矿与安全工程学报 ›› 2023, Vol. 40 ›› Issue (2): 322-333.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2022.0064

基于分区弱化的复合坚硬顶板冲击地压分段压裂区域防治研究

郑凯歌,袁亮,杨森,张平松,李延军,戴楠,王泽阳

1. 安徽理工大学地球与环境学院,安徽淮南232001;2. 中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安710054

出版日期:2023-03-15 发布日期:2023-04-18
通讯作者: 郑凯歌，E-mail： 13655617009@163.com Tel： 18602975228
作者简介: 郑凯歌（1988— ），男，河南省周口市人，副研究员，博士研究生，从事瓦斯防治和坚硬顶板管理方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(41807221)；国家科技重大专项项目(2016ZX05045-002-002)；中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金项目(2019XAYZD09)

Study on prevention and control of rock burst staged fracturing area of composite hard roof based on zoning weakening

Online:2023-03-15 Published:2023-04-18

摘要/Abstract

摘要： 针对复合坚硬顶板联动效应引发的冲击地压灾害,基于复合坚硬顶板的赋存特征,结合弹性力学理论,分析了高-低位坚硬顶板矿压显现特征,建立复合坚硬顶板破断形态和断块铰接形态判识的力学模型,分析了复合坚硬顶板岩层破断形态,研究了复合坚硬顶板协同破断机制,揭示了协同破断易释放巨大的冲击动能,形成冲击灾害的原理。依托坚硬顶板分区降能的弱化防治理念,提出了煤矿井下定向长钻孔裸眼分段水力压裂“高-低”位协同超前区域防治冲击地压灾害技术模式,并设计了错步式分段压裂段工程布置。工程试验得出:复合坚硬顶板高、低位定向钻裸眼分段压裂协同弱化后,顶板微震事件频次、总能量、顶板来压步距及来压范围分别降低42.17％、31.07％、 33.69％、57.14％,合理有效防治了复合坚硬顶板冲击地压灾害。通过顶板分段水力压裂实施,顶板岩体被压裂成若干小块时,大幅降低了蓄积能量,并伴随压裂成缝过程的能量损耗,实现了复合坚硬顶板的分区分段可控破断距的垮落,实现顶板应力的转移、消散及动力灾害有效控制,为同类地质条件下冲击地压灾害区域弱化治理提供技术借鉴。

关键词: 复合坚硬顶板, 冲击地压, 协同破断, 分区弱化, 分段水力压裂

中图分类号:

TD 32

郑凯歌, 袁亮, 杨森, 张平松, 李延军, 戴楠, 王泽阳. 基于分区弱化的复合坚硬顶板冲击地压分段压裂区域防治研究[J]. 采矿与安全工程学报, 2023, 40(2): 322-333.

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基于分区弱化的复合坚硬顶板冲击地压分段压裂区域防治研究

Study on prevention and control of rock burst staged fracturing area of composite hard roof based on zoning weakening

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