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中国煤科开采研究院:创新理念 革新技术 防冲减震新突破

来源:https://mp.weixin.qq.com/s/5U-发布时间:2022-09-15 访问量:33

  中国煤科开采研究院是国内最早从事冲击地压研究工作的科研单位之一。近年来,针对冲击地压这一世界性难题,根据蒙陕深部矿区煤层强度较大、顶板硬厚、开采强度大的特点和冲击地压发生规律,开采研究院研发了一系列冲击地压防治技术与装备,并在蒙陕矿区进行了推广应用,初步达到了预期效果。

  一、地面压裂区域卸压防冲技术

  针对深孔爆破和井下直孔压裂存在处理范围有限和效率较低的问题,创新提出了从地面施工钻孔至目标岩层,并且在目标岩层内施工水平井,采用分段压裂技术弱化厚硬顶板,降低顶板突然断裂造成的严重冲击地压隐患,将有望实现“先压后建-先压后掘-先压后采”区域源头卸压防冲治理的目标。

  该技术在彬长孟村煤矿等冲击地压和强动压矿井进行了成功应用。

  二、井下超长孔水平分段压裂技术

  为了克服地面压裂涉及征地等问题,开发了针对中低位顶板井下超长孔水平压裂防冲技术,通过从井下巷道施工钻孔,采用水平井分段压裂技术对目标岩层进行改造卸压。可实施区域或局部压裂,水平段孔长300~800m,能处理煤层上方30~80m的厚硬顶板。

  从微震监测来看,工作面充分压裂区后,大能量微震事件的发生强度和频度明显降低,微震事件发生层位降低,频次减少,微震能量释放的丛集效应减弱,围岩活动强度明显缓和。从支架工作阻力分布来看,工作面推进至压裂区域后,支架受力整体比未压裂区明显降低,其中以主运巷侧的支架压力降低最为明显。表明水力压裂有效弱化了顶板的完整性,降低了顶板悬顶产生的集中静载荷和顶板活动产生的集中动载荷,从而减小了工作面支架压力和矿压显现,巷道变形量显著降低。

  该技术在胡家河煤矿、小庄煤矿、曹家滩煤矿、门克庆煤矿等20余个冲击地压或强动压矿井进行了成功应用。

  三、磨砂射流轴线精准切顶防冲技术

  针对目前低位顶板卸压主要采用深孔爆破技术,存在施工难度大、劳动强度高、效率低、风险高和炸药审批等困难,开发了磨砂水射流轴向精准切顶防冲技术,该技术通过在巷道顶板中施工钻孔,采用磨砂水射流技术在钻孔孔壁预制轴向裂缝,然后采用定向压裂技术使预制裂缝定向扩展,能同时切断巷道走向和倾向方向的顶板,在工作面推进过程中,低位坚硬顶板及时垮落,显著降低甚至消除冲击地压发生风险。从工作面开采过程来看,相对于顶板爆破区,磨砂射流切顶压裂区微震能量更少而微震频次更多,表明能量释放更缓和,同时在顶板爆破区仍有能量集中现象,压裂区没有能量集中现象。采用磨砂射流切顶卸压后,采空区端头顶板垮落更充分,有利于低位顶板的充分垮落。

  该技术在小庄煤矿、砚北煤矿、葫芦素煤矿等10余个冲击地压或强动压矿井进行了成功应用。

  四、水力旋切扩孔掏槽技术

  针对煤层卸压主要采用大直径卸压技术存在卸压空间小、工程量大、破坏巷道支护、重复卸压与解危等不足,开发了煤层水力旋切扩孔超强防冲技术,通过水射流旋切技术在巷道侧向高应力核区进行连续扩孔,大大提高卸压空间,实现一次卸压到位,避免重复解危带来的安全风险。

  该技术在砚北煤矿、葫芦素煤矿等冲击地压矿井进行了成功应用。

  五、井上下微震联合监测技术

  针对近水平煤层采用井下微震监测系统无法实现三维立体监测导致垂直定位精度低,难以有效指导工程应用问题,通过将井下的ARAMIS M/E微震系统与地面的ARP监测系统联合组网构建井上下立体监测台网,大幅优化矿井微震监测网络,显著提升震源垂直方向的定位精度,为冲击地压的防治提供精准的层位信息。

  该技术在红庆河煤矿、新巨龙煤矿、巴彦高勒煤矿、门克庆煤矿等20余座冲击地压矿井进行了成果应用。

  超前、精准、源头、智能防冲是冲击地压技术发展的必然方向,开采研究院冲击地压研究团队将秉承65年的冲击地压研究成果,不忘初心、牢记使命,继续前行,为煤炭行业技术进步贡献自己的力量,以实际行动迎接党的二十大胜利召开!