皖北煤電集團招賢礦業公司主采的3號煤層及頂底板被鑒定為弱沖擊傾向性，該公司被評價為具有中等沖擊危險。因此，防治沖擊地壓是擺在該公司面前的重要任務。

“工作面回采期間，微震事件頻發，三次方及以上能量事件較多，巷道變形大，底鼓嚴重，嚴重制約安全生產。”招賢礦業公司防沖辦主任涂肖龍表示，“過去，我們主要采用大直徑鉆孔和煤體爆破的方式卸壓，回采工作面采用面內頂板預裂爆破與巷道走向切頂爆破的方式弱化上覆厚硬頂板。”

然而，這些傳統措施工序繁瑣、施工難度大、安全風險高，需要大量裝藥人員，極易造成一氧化碳超限報警。

2022年8月，在全國煤礦瓦斯和沖擊地壓重大災害防治現場會上，招賢礦業公司了解到地面水平井分段水力壓裂防治沖擊地壓技術。“礦主要領導高度重視，立即組織我們赴彬長礦區調研學習，果斷引進了這項技術。”招賢礦業公司工程師王博介紹。

如今，招賢礦業公司已成功對2306工作面和2302工作面實施了地面水平井分段水力壓裂工程，取得了顯著效果。4306工作面實施了井—地一體聯合水力壓裂工程，2307工作面的工程正在有序推進中。

為沖擊地壓致災巖層“畫像”

“防治沖擊地壓，首先要找準致災根源。”涂肖龍指著地質圖紙解釋道，“我們根據采場上覆巖層對巖體活動的控制作用范圍，精準判別沖擊地壓致災關鍵層。”

以2306工作面為例。該工作面走向長1521米，傾向寬180米，主采3號煤層平均厚度12.1米。通過分析周邊鉆孔信息，技術人員判識了覆巖關鍵層：直接頂、基本頂為厚度超過10米的砂巖關鍵層；煤層上方40米至150米范圍存在多個關鍵層；距3號煤層180米至360米的區域賦存厚度超過100米巨厚礫巖關鍵層。

“通過分析巖層破斷釋放能量，我們確定2306工作面覆巖主要誘沖關鍵層為煤層上方0米至20米的低位關鍵層和40米至60米的中低位關鍵層。”王博補充道，“綜合考慮兩帶發育高度及水文地質條件，最終確定合理的壓裂目標層為40米至55米關鍵層，鉆孔軌跡布置在煤層上方50米左右的砂巖層中。”

“我們從地面實施一口水平井段沿著煤層頂板上覆堅硬關鍵巖層的‘L’型井，采用全孔段下入套管，采用分段分簇射孔水力壓裂方式將頂板上覆堅硬關鍵巖層弱化，達到治理沖擊地壓的目的。”涂肖龍介紹。

鉆井工程分為兩個開次：一開垂直段鉆進至基巖面以下5米，下入直徑244.5毫米技術套管后固井；二開造斜段+水平段鉆至設計井深完鉆，下入直徑139.7毫米技術套管。為精準控制水平段軌跡，招賢礦業公司采用“LWD+螺桿鉆具+綜合錄井”的綜合地質導向技術，提升鉆井水平段在目標巖層靶區內的鉆遇率。

基于巖石力學參數及地應力，技術人員采用三維壓裂設計軟件進行數值模擬及參數設計優選。“設計參數為壓裂液注入排量每分鐘14.0立方米，壓裂液量每段1400立方米。”王博說。

來壓減小，有效控制巷道變形

2023年12月9日至2024年1月3日，2306工作面地面水平井分段壓裂工程順利實施：施工3個鉆孔，總進尺3131米，壓裂32段；單段壓裂入井液量1068.8立方米至1328.4立方米，加砂35立方米，每分鐘排量8.6立方米至14.6立方米，施工壓力7.7兆帕至25.5兆帕。

效果在回采期間得到驗證：2306工作面支架平均阻力30.5兆帕，平均來壓步距6.4米；老頂垮落從原來的約40米縮短至15米左右。微震監測數據顯示，回采期間日均能量下降93%至97%，日均頻次下降74%至86%。

“現場‘煤炮’頻次減少，無較大聲響，工作面來壓呈現步距短、持續時間長、強度小的特點。”涂肖龍說，“最重要的是巷道變形得到有效控制。”

之前，已回采的1303工作面、1302工作面、1305工作面，兩巷在超前120米范圍內頂板下沉明顯，最大周變化量達240毫米；回采期間需多輪循環臥底，深度3米至5米，每班需要8人進行巷道擴修施工。

“2306工作面實施水力壓裂工程后，回采期間兩巷圍巖變形量均在可控范圍內，最大變形量僅66毫米。2302工作面回采期間巷道幫部和底板未發生變形，無需進行巷道擴修施工。”王博說，“通過智能化減員增效，采煤部較之前整體減員41人，每年節省人力成本730萬元。”

面對礦井地表溝壑縱橫、道路崎嶇、林地較多、土地手續辦理困難等問題，招賢礦業公司管理技術人員開拓思路，創新研發了井—地一體多重災害協同治理及綠色開采技術。

“我們實施井—地一體聯合水力壓裂技術工程，開展壓裂后探索‘一壓一抽’、‘一壓一注’多災害協同治理以及綠色開采技術研究。”涂肖龍說，“如今，我們已形成具有自身特色的‘地面泵注、井下壓裂、區域治理、一孔多用’災害協同治理體系。”

該技術體系在4306工作面落實，設計在工作面煤層上方35米至45米覆巖層中施工3個水平定向壓裂鉆孔。壓裂完成后，1號孔加密射孔48段，作為回采期間瓦斯高位抽采試驗鉆孔，2號孔作為采空區防滅火試驗鉆孔。

截至今年9月上旬，4306工作面回采期間共發生148次微震事件，三次方事件僅3次，未發生四次方事件。

作者：吳瓊 版面編輯：王世雅

編輯

來源：中國煤炭報

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