吴文达,王天辰,柏建彪.煤柱下综采工作面矿压特征及水力压裂切顶控制[J].太原理工大学学报,2023,54(04):684-691.DOI:10.16355/j.cnki.issn1007-9432tyut.2023.04.012.
【摘要与关键词】
摘要：【目的】为分析煤柱下方综采工作面受集中应力影响的强矿压显现特征，以霍洛湾矿31106工作面过上覆集中煤柱为工程背景进行研究。【方法】通过工作面实测支架阻力精细化分析过煤柱期间的矿压特征和支架适应性，开展相似材料模拟实验，揭示工作面过煤柱的强动压机理，并提出过煤柱的水力压裂切顶控制技术。【结果】结果表明：工作面出煤柱期间，支架阻力整体由大到小依次为中部、下部、上部，工作面周期来压步距为10.85 m,平均持续长度为4.27 m,占周期来压时长的40%,平均动载系数达到1.4.出煤柱期间支架载荷超过正常工作阻力(35 MPa)的比例分别为：32.14%、63.83%和87.94%,支架受顶板断裂的动载作用并承受长时间的高静载作用。相似材料模拟表明，出煤柱时上覆岩层形成的“T型结构”失稳发生整体的回转下沉，引起下部工作面老顶同步破断，造成工作面大范围支架阻力的增加，液压支架安全阀开启率达到31.2%,存在压架风险。【结论】据此提出了工作面过煤柱的水力压裂切顶技术，现场试验表明水力切顶后工作面在出煤柱后10m范围内并没有出现强矿压显现，降低了支架承受的动载荷和高静载，未发生强动载压架现象。
关键词：遗留煤柱;支架阻力;动载系数;矿压特征;水力压裂
【关键图表】
图1 31106工作面布置图
Fig.1 Layout of No. 31106 longwall panel
图2 31106工作面煤柱下推进位置
Fig.2 Mining position of 31106 working faceadvance under coal pillar
图3煤柱下开采上部测区支架阻力曲线
Fig.3 The curve of hydraulic support resistance in upper measuring region while mining out of the above coal pillar
图4煤柱下开采中部测区支架阻力曲线
Fig.4 The curve of hydraulic support resistance in middle measuring region while mining out of the above coal pillar
图5煤柱下开采下部测区支架阻力曲线
Fig.5 The curve of hydraulic support resistance in lower measuring region while mining out of the above coal pillar
图6 31106工作面过煤柱期间不同位置液压支架工作阻力
Fig.6 Hydraulic support resistance at different mining positionsof 31106 working face while mining out of the coal pillar
图8 31106工作面出集中煤柱期间顶板结构
Fig.8 Overburden structure of 31106 working face while miningout of the above strip coal pillar
图9煤柱边界下方测点应力变化
Fig.9 Stress of measuring point under the boundary of coal pillar
图10集中煤柱区域水压致裂钻孔布置
Fig.10 Drillhole layout scheme of the hydraulic fracturing in the barrier pillar region
图11水压裂缝形态
Fig.11 Morphology of hydraulic fractures
图12切顶后工作面在出煤柱20 m期间下部测区支架阻力曲线
Fig.12 Curves of hydraulic support resistance in different measuring regions while mining outof the upper 20m-wide pillar after roof-cutting by hydraulic fracturing
【结论】
1) 工作面过煤柱期间支架阻力整体从大到小依次为中部、下部、上部，煤柱下方的周期来压步距为10.85 m, 平均持续长度为4.27 m, 占周期来压时长的40%,工作面出煤柱期间支架动载系数达到1.4,并承受长时间的高静载作用。
2) 工作面出煤柱时，上覆岩层“T型结构”失稳发生整体的回转下沉运动，引起3-1号煤层的老顶叠加同步破断，相比出煤柱之前应力涨幅达到70.4%,揭示了工作面出煤柱的强矿压机理。
3) 煤柱区域水力压裂切顶破坏了顶板的完整性，工作面在出煤柱前8～10 m范围内发生垮落，出煤柱后10 m范围内并没有出现大范围的压力显现，支架压力都小于40 MPa, 降低了支架承受的动载荷和高静载。
