郭静
神木县隆德矿业有限责任公司 陕西 神木 719300
摘要：针对综采工作面末采期间围岩剧烈破坏变形而产生强烈动压现象，提出水力压裂技术来预裂弱化处理末采面顶板；通过超前分阶段弱化顶板以缓解末采期间工作面采空区的大面积悬顶现象，降低煤体的应力集中程度，减小工作面和回撤通道的顶板、围岩变形，确保213综采工作面在回撤时回撤通道完好留巷，现实安全搬家倒面。
关键词：末采 水力压裂 顶板 围岩变形
1井田概况
隆德煤矿为中国陕西省榆林市神木县西南部，该地区受极地大陆冷气团控制时间长，受海洋热带气团影响时间短，大陆性气候显著，地表以沙漠丘陵为主。隆德井田呈近似“手枪形”，区内延安组赋存可采煤层9层，平均煤厚0.9~4.9m，埋深范围40~400m，其中7层煤为薄及中厚煤层，2层煤为厚煤层，目前主采2#煤层。岩层的基本情况如表1-1所示。
213主回撤巷道参数为：长度291m，宽6.0m，高3.8m。
表1-1 煤层顶底板岩层概况
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2煤矿工作面末采卸压水力压裂设计依据
鉴于水力裂隙对比爆破对控制顶板的优势，使得水力裂隙在我国的煤矿中也得以广泛应用。水力压裂在煤矿工作面末采卸压时通常采用3种类型的钻孔，即S孔（S为英文short的首字母，S孔可称为短孔）、L孔（L为英文long的首字母，L孔可称为长孔）和B孔（B为英文backup的首字母，B孔可称为备用孔）。其中，S孔的倾角必定大于L孔。S孔和L孔的作用是对末采卸压期间整个工作面上方顶板进行预裂，部分学者将L孔进行的压裂称为一次压裂，而将S孔进行的压裂称为二次压裂。B孔的作用是促进端头三角区的垮落，实际操作中仅在发现端头三角区不易垮落时，对B孔进行压裂。
表2-1 部分工作面末采水力压裂设计方案
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表2-1给出了水力压裂技术在我国部分煤矿中末采卸压时的过往应用情况。过往的现场实践经验表明，水力压裂在工作面末采卸压中的应用应遵循以下原则：
1)S孔倾角范围通常在50°~56°，L孔倾角范围通常在30°~35°。
2)S孔垂直高度通常稍小于或稍大于基本顶与直接顶厚度之和。
3)L孔垂直高度通常大于直接顶厚度，小于基本顶与直接顶厚度之和。
4)S孔或L孔间距为20~30m。
5)先钻孔压裂L孔，后钻孔压裂S孔。
6)最后一次压裂位置距离孔口12.7m以上；
7)单孔内后退式多次压裂，每2 m或3m压裂一次。
8)开孔位置距离顶板200~300mm。
9)钻孔和压裂可平行作业，作业间距应不小于40m。
3钻孔设计
预掘回撤通道的稳定性主要受3个因素制约：
（1）工作面末采期间，回撤通道受超前支承压力影响，如果支护设计不合理，锚杆、锚索因受力急剧增加而破断，甚至会出现冒顶、片帮等事故；
（2）煤柱宽度留设不合理，导致煤柱发生屈服、失稳；
（3）工作面贯通期间，顶板因周期来压步距不合理，造成顶板悬顶长度过大，出现大面积的弯曲下沉甚至失稳，造成支架工作阻力升高、活柱量减少、甚至压架事故。
采用水力压裂技术开展末采卸压施工主要用于解决上述制约因素（3）。一方面，减小顶板悬顶长度造成的支架工作阻力升高；另一方面，避免末采顶板破裂造成的支架阻力过高。
213工作面末采卸压的水力压裂钻孔布置如图3-1所示，共布置L孔12个，S孔12个。其中L1孔距离左侧巷帮7m，L孔之间的间距为24m，L孔与相邻S孔之间的间距为12m，S孔之间的间距为24m，S12孔距离右侧巷帮8m。开孔位置位于主回撤巷道帮补和顶部的连接处，若倾角较大难以施工时，朝巷道顶部回撤0~1m。
钻孔参数为：
1)编号为奇数的压裂钻孔L，钻孔长度39m，倾角30°；
2)编号为偶数的压裂钻孔L，钻孔长度38m，倾角30°；
3)编号为奇数的压裂钻孔S，钻孔长度31m，倾角50°；
4)编号为偶数的压裂钻孔S，钻孔长度30m，倾角50°。
压裂钻孔进尺：462m（12个L孔）+366m（12个S孔）=828m。
综上所述，钻孔施工总进尺为828m。
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图3-1 压裂钻孔布置平面图
4压裂方案
压裂方案的钻孔剖面图如图4-1所示，L孔和S孔均采用水力压裂方法，施工效果如图4-2所示。压裂方案1中压裂后L孔和S孔的压裂区在剖面图上出现重叠，重叠区距离回撤巷道最近约5.1m，S孔位置最低距离顶板6.5m，L孔位置最低距离顶板1.8m。
压裂参数为：
1)每个压裂孔从孔底开始进行后退式压裂；
2)压裂钻孔L，压裂间距3m，从孔底开始单孔总压裂次数为6次，压裂位置如图3-2a所示，前三次压裂每次压裂最多30min，后三次压裂每次最多15min，水压约20MPa，若每次压裂过程中临近钻孔出水则停止压裂；
3)压裂钻孔S，压裂间距3m，从孔底开始单孔总压裂次数为5次，压裂位置如图3-2b所示，前三次压裂每次压裂最多30min，后二次压裂每次最多15min，水压约20MPa，若每次压裂过程中临近钻孔出水则停止压裂。
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