2012.No4
摘 要 利用定向水力压裂方法对煤层卸压，同时采用KBD5电磁辐射监测仪对实验结果进行了监测。结果显示，实施定向水力压裂后，压裂孔径向周围10～20m范围内电磁辐射值较压裂前明显下降，出现了一个缷压区，地应力较压裂前有所减小；压裂孔径向再向外15m范围出现一个应力升高区，说明压裂孔周围煤体应力向外发生了移动。后期验证孔施工显示，在媒体缷压区内，钻孔施工顺利，孔深均达到100m以上无异常，而在两侧的应力升高区，当钻孔打到24～30m处出现严重喷孔现象。 随着矿井开采深度加大，冲击地压和煤与瓦斯突出问题将愈加严重。煤岩瓦斯动力灾害问题已成为制约矿井生产和可持续发展的突出问题。因此，急需针对平顶山矿区煤与瓦斯突出机理及防突技术进行深入研究，以确保矿井安全生产。
冲击地压又称岩爆，是指井巷或工作面周围岩体，由于弹性变形能的瞬时释放而产生突然剧烈破坏的动力现象，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象。它具有很大的破坏性，是煤矿重大灾害之一。所以冲击地压的防治是煤矿安全生产的关键之一。
1 冲击地压的影响因素
电子管功放电路对平煤股份十矿微震监测资料、采矿地质条件及技术条件综合分析表明，该矿冲击地压发生的影响因素如下：
（1）不利的采矿技术条件和开采深度的复合因素。采掘扰动接近工业广场煤柱西缘、孤岛工作面、上部工作面切眼与遗留煤柱的重叠部位是引发矿震与冲击地压的主要因素。随着开采深度增大，多煤组开采致使顶板复合沉降量增大，影响更明显。
在工作面开采推进到距工业广场保护煤柱西缘一定距离后，由于采空区顶板的沉降作用，拖曳上、下山煤柱区顶板也产生拉张作用。
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（2）不利的采矿地质条件因素。采掘活动接近较大型地质断层，而引发较强的能量释放。国内外大量实践表明，冲击地压往往伴随着井下生产过程的某些工序（如爆破、冒顶、采煤等）而发生，这些因素虽为诱导因素，本身的能量可能很小，但其诱发冲击地压而释放的能量及其破坏性却很大。因此是发生冲击地压的一个不可忽视的因素。
2 定向水力压裂防治冲击地压机理
水力压裂煤层是一项区域瓦斯治理措施，具有广阔的应用前景和较大的实用价值。但是煤矿井下作业环境复杂，采用高压技术，将高压水压入煤体后，在原始状态下煤层内部层理切割裂隙与原生微裂隙孔隙的规模和尺度存在差异，以及这些弱
煤层定向水力压裂防治冲击地压的实验研究
刘付俊
（平顶山天安煤业股份有限公司六矿，河南 平顶山 467091）
太阳能广告灯箱面所在平面与原岩应力场中主应力方向之间的空间位置关系不同，导致压裂液在侵入的顺序和运动状态上也不一样，在顺序上表现为先从张开度大、联接能力弱的一级弱面开始，然后到二级弱面，最后到分层中的原生微裂隙和孔隙中。如果不加以人为导向，根据能量最低原则，高压水在煤体中将呈现沿最弱面无序流向，结果是只压裂了扩展一级弱面裂缝，导致局部卸压，局部应力集中。煤层实施水力压裂后，虽然瓦斯解吸面积增大，抽采效果有所提高，但是出现的局部应力集中，为安全回采留下隐患。因此，为了保障矿井安全作业，使煤层水力压裂措施达到整体卸压效果，必须实施定向压裂。飞机加油车
3 定向水力压裂卸载地应力试验
3.1 试验场地概况3.1.1 巷道布置
井下定向水力压裂试验地点选在十矿己15－24080采面运输巷，该工作面位于己四采区西翼第三阶段，东邻己四轨道，西至26勘探线，南邻己15－24060工作面，北部为未开采区。地面标高+150～+280m，工作面标高-580～-626m。设计走向长度1804m，倾斜长度180m，煤层厚度1.6～2.3m，一
般2m左右，预计可采储量84万t。煤层结构简单，倾角在采区东部较缓，一般在10°左右，中上部倾角较大，在25°～30°之间，西部一般在20°左右。工作面所在煤层为突出煤层，所有巷道施工均按突出危险管理。3.1.2 地质条件
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己15－24080工作面地质构造比较简单，顶板为泥岩及砂质泥岩，厚度11～18 m；己15煤层厚度1.6～2.3 m，下部为己16煤层，厚度1.25～1.43m，中间有0～0.72m夹矸，底板为泥岩，厚度1.1～1.5m。己15煤层煤的坚固性系数0.24～0.37，水分含量0.94%，构造不发育。3.2 试验过程3.2.1 钻孔布置
己15-24080工作面运输巷本煤层进行了5次高压水力压裂试验（如图1），压裂孔顺煤层施工；孔深40～50m，仰角11～15°，孔径66～120mm，采用专用胶囊封孔器封孔，封孔器长度15～20m，封孔深度19～25m；泵站注水压力25～30MPa，注水量21m3，压裂范围内抽放孔采用聚氨酯封孔，并入运输巷直径200mm抽放管进行抽放。
3.2.2 利用KBD5型监测仪进行数据采集
KBD5型矿用本安型煤与瓦斯突出电磁辐射监测仪通过监测含气煤岩或不含气煤岩变形破裂过程中电磁辐射信息，预测预报
作者简介：
刘付俊（1974—），男，河南南阳人，2001年毕业于平顶山市工业职业技术学院，现任平顶山天安煤业股份有限公司六矿开拓一队党支
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部书记，主要从事煤矿井下开拓掘进施工的现场管理工作。
