在地面打钻孔给井下煤层卸压

皖北煤电集团招贤矿业公司主采的3号煤层及顶底板被鉴定为弱冲击倾向性，该公司被评价为具有中等冲击危险。因此，防治冲击地压是摆在该公司面前的重要任务。

“工作面回采期间，微震事件频发，三次方及以上能量事件较多，巷道变形大，底鼓严重，严重制约安全生产。”招贤矿业公司防冲办主任涂肖龙表示，“过去，我们主要采用大直径钻孔和煤体爆破的方式卸压，回采工作面采用面内顶板预裂爆破与巷道走向切顶爆破的方式弱化上覆厚硬顶板。”

然而，这些传统措施工序繁琐、施工难度大、安全风险高，需要大量装药人员，极易造成一氧化碳超限报警。

2022年8月，在全国煤矿瓦斯和冲击地压重大灾害防治现场会上，招贤矿业公司了解到地面水平井分段水力压裂防治冲击地压技术。“矿主要领导高度重视，立即组织我们赴彬长矿区调研学习，果断引进了这项技术。”招贤矿业公司工程师王博介绍。

如今，招贤矿业公司已成功对2306工作面和2302工作面实施了地面水平井分段水力压裂工程，取得了显著效果。4306工作面实施了井—地一体联合水力压裂工程，2307工作面的工程正在有序推进中。

为冲击地压致灾岩层“画像”

“防治冲击地压，首先要找准致灾根源。”涂肖龙指着地质图纸解释道，“我们根据采场上覆岩层对岩体活动的控制作用范围，精准判别冲击地压致灾关键层。”

以2306工作面为例。该工作面走向长1521米，倾向宽180米，主采3号煤层平均厚度12.1米。通过分析周边钻孔信息，技术人员判识了覆岩关键层：直接顶、基本顶为厚度超过10米的砂岩关键层；煤层上方40米至150米范围存在多个关键层；距3号煤层180米至360米的区域赋存厚度超过100米巨厚砾岩关键层。

“通过分析岩层破断释放能量，我们确定2306工作面覆岩主要诱冲关键层为煤层上方0米至20米的低位关键层和40米至60米的中低位关键层。”王博补充道，“综合考虑两带发育高度及水文地质条件，最终确定合理的压裂目标层为40米至55米关键层，钻孔轨迹布置在煤层上方50米左右的砂岩层中。”

“我们从地面实施一口水平井段沿着煤层顶板上覆坚硬关键岩层的‘L’型井，采用全孔段下入套管，采用分段分簇射孔水力压裂方式将顶板上覆坚硬关键岩层弱化，达到治理冲击地压的目的。”涂肖龙介绍。

钻井工程分为两个开次：一开垂直段钻进至基岩面以下5米，下入直径244.5毫米技术套管后固井；二开造斜段+水平段钻至设计井深完钻，下入直径139.7毫米技术套管。为精准控制水平段轨迹，招贤矿业公司采用“LWD+螺杆钻具+综合录井”的综合地质导向技术，提升钻井水平段在目标岩层靶区内的钻遇率。

基于岩石力学参数及地应力，技术人员采用三维压裂设计软件进行数值模拟及参数设计优选。“设计参数为压裂液注入排量每分钟14.0立方米，压裂液量每段1400立方米。”王博说。

来压减小，有效控制巷道变形

2023年12月9日至2024年1月3日，2306工作面地面水平井分段压裂工程顺利实施：施工3个钻孔，总进尺3131米，压裂32段；单段压裂入井液量1068.8立方米至1328.4立方米，加砂35立方米，每分钟排量8.6立方米至14.6立方米，施工压力7.7兆帕至25.5兆帕。

效果在回采期间得到验证：2306工作面支架平均阻力30.5兆帕，平均来压步距6.4米；老顶垮落从原来的约40米缩短至15米左右。微震监测数据显示，回采期间日均能量下降93%至97%，日均频次下降74%至86%。

“现场‘煤炮’频次减少，无较大声响，工作面来压呈现步距短、持续时间长、强度小的特点。”涂肖龙说，“最重要的是巷道变形得到有效控制。”

之前，已回采的1303工作面、1302工作面、1305工作面，两巷在超前120米范围内顶板下沉明显，最大周变化量达240毫米；回采期间需多轮循环卧底，深度3米至5米，每班需要8人进行巷道扩修施工。

“2306工作面实施水力压裂工程后，回采期间两巷围岩变形量均在可控范围内，最大变形量仅66毫米。2302工作面回采期间巷道帮部和底板未发生变形，无需进行巷道扩修施工。”王博说，“通过智能化减员增效，采煤部较之前整体减员41人，每年节省人力成本730万元。”

面对矿井地表沟壑纵横、道路崎岖、林地较多、土地手续办理困难等问题，招贤矿业公司管理技术人员开拓思路，创新研发了井—地一体多重灾害协同治理及绿色开采技术。

“我们实施井—地一体联合水力压裂技术工程，开展压裂后探索‘一压一抽’、‘一压一注’多灾害协同治理以及绿色开采技术研究。”涂肖龙说，“如今，我们已形成具有自身特色的‘地面泵注、井下压裂、区域治理、一孔多用’灾害协同治理体系。”

该技术体系在4306工作面落实，设计在工作面煤层上方35米至45米覆岩层中施工3个水平定向压裂钻孔。压裂完成后，1号孔加密射孔48段，作为回采期间瓦斯高位抽采试验钻孔，2号孔作为采空区防灭火试验钻孔。

截至今年9月上旬，4306工作面回采期间共发生148次微震事件，三次方事件仅3次，未发生四次方事件。

作者：吴琼 版面编辑：王世雅

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来源：中国煤炭报

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