山东能源临矿集团郭屯煤矿 山东菏泽 274700
摘要：水压涨裂管技术为工作面过大型断层（火工品停工期间）提供了一种高效快捷的方式，打破了以往火工品停工期间工作面强过硬过断层的时代，减少了工作面强过硬过断层期间对采煤机的损耗。
关键词：水压涨裂；工作面过断层
Application of large pressure and dilatation pipe in working face through fault and igneous rock
Qin tao
（LINYI.SHANDONG ENERGY MING GROUP CO.LTD Guotun coal mine）
Abstract：Hydraulic fracturing pipe technology provides an efficient and fast way for the large fault with overworking face（during the shutdown of explosive works），which breaks the era when the working face is too strong and too hard over the fault，and reduces the loss of the shearer during the period when the working face is too strong and too hard over the fault.
Key words：Hydraulic fracturing，working face through the fault
2306工作面作为郭屯煤矿2020年的主采工作面，其可采储量为67万吨，服务年限为2009年12月至2021年1月。因工作面DF7断层影响，工作面过断层期间需进行放炮。
但因火工品经常断供，所以我们团队致力于在缺少火工品的情况下工作面怎样安全高效的过断层。
经过一段时间的实验，发现水力裂切破岩是一种最新的安全、高效、便捷的破岩技术和装备。
1 工程背景
2306工作面位于二采区东翼，煤层起伏变化较小，煤层走向185～197°，倾向95～107°，倾角1～10°，平均5°；工作面实际揭露断层共5条，落差0～5m断层共2条，5～10m断层共3条，根据实际揭露情况分析轨顺2306-1断层与胶顺2306-5断层走向及落差大致相符，此断层可能横穿工作面，对工作面回采有一定的影响。其次2306-2断层根据三维地震资料显示，此断层由轨顺垂直延伸至工作面内115m位置处歼灭，对工作面回采有一定的影响。DF2（H=0～5m ∠70°）断层，根据三维地震与实际揭露情况显示，此断层由切眼位置纵穿工作面内488m位置处歼灭，对工作面回采有一定影响。
2 主要技术性能指标及应用情况说明
水力裂切破岩，是一种新型的静力爆破致裂岩石技术。它是通过增压装置和高压水管，向放置在 岩石钻孔中的专用涨裂器内注入高压水，控制增压实涨裂器径向膨胀，压迫孔壁，加载上百吨的膨胀力，使岩石或混凝土构体定向开裂或随机破碎的破岩方法。
水压涨裂破岩原理：水压涨裂破岩原理：水增压主机可产生极高的压力输送给涨裂器，涨裂器膨胀，直接将水压传递给岩壁，当压力超过岩石的抗拉强度后，岩石即可开裂、破碎。
水利裂切系统：水力裂切系统主要由3部分组成，水增压系 统、分配阀、胀裂部件。增压系统可产生极高的压力输送给胀裂部件，胀裂部件将水压传递给岩壁，当压力超过岩石的水抗拉强度后，岩石即可开裂、破碎。
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水压胀裂管破岩的本质机理是：水压膨胀力突破岩石的抗拉极限，生成裂隙并扩展，最终形成断裂面。是一个把动力能通过水压系统转化成岩石表面能的过程。
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水力涨裂作用力原理：1MPa×1c㎡=10Kg 如果涨裂器内径为2厘米，长度1米，即100厘米，则每增加1兆帕的水压，就会对孔壁施加2吨的膨胀力。设备可加压到50兆帕，可产生100吨的膨胀力。
如果在1米的长度内平行钻孔，放置5根同样的胀管，每增加1兆帕水压，就相当于在1㎡的平面上增加10吨的膨胀力。设备可加压到50兆帕，可产生100吨的膨胀力。5根可产生500吨的膨胀力。
水力裂切破岩技术：选择临空面或割缝形成临空面——平行于临空面布排孔——涨裂后停机泄压，回收涨裂器——钻机打孔，深度略深于涨裂器——开机涨裂并观察岩石裂开情况
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胀裂效率分析：
20只1米深胀裂器同时作业效果分析。
胀裂宽度0.8m*19=15.2m 深度1.2m
单次胀裂方量：15.2*0.8*1.2=14.592m³
胀裂前放置时间30秒一只，共计20*0.5=10min
20孔同时胀裂时间2min
涨裂后收取胀裂器时间30秒每只，需要20*0.5=10min
打孔+涨裂时间共计22min
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以2306工作面为例，断层位置全岩段45#-53#架，共计16米，每个循环需20孔同时胀裂2次，包括安装及管理连接等辅助工作共计用时1.5个小时。
3 结论
水力裂切破岩技术为工作面过大型断层（火工品停工期间）提供了一种高效快捷的方式，打破了以往火工品停工期间工作面强过硬过断层的时代，减少了工作面强过硬过断层期间对采煤机的损耗。
通过使用水力涨裂的作用大大降低了使用者的劳动强度，提高了作业效率，简化了作业环节，作业过程安全、无粉尘、操作简便，耗能低节省能源。特别是在工作面过断层更能体现其实用价值，经济社会效益显著。
参考文献：
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[2]黄炳香；赵兴龙；陈树亮；刘江伟；；坚硬顶板水压致裂控制理论与成套技术[J]；岩石力学与工程学报；2017年12期
[3]高飞.工作面坚硬顶板注水软化及水压致裂作用分析[J]；煤炭与化工；2018年06期[J].现在矿业，2012，（03）.
作者简介：
秦涛（1989-），助理工程师，毕业于山东理工大学，采矿工程专业，本科学历，主要从事矿井设计与采煤工艺研究工作。